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Capiacutetulo 5

Redes de computadores e a InternetRedes de computadores e a Internet

A camada

de enlace eredes locais

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Algumas terminologias

bull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunica atildeo satildeo enlaces

Camada de enlace introduccedilatildeo

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bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula o

datagramaA camada de enlace tem a

responsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacute

adjacente sobre um enlace

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5bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios

80211 no uacuteltimo enlacebull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte

A camada de enlace contexto

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bull

Viagem de Princeton at Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagrama

bull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

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5bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer

bull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)

bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 282

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 2

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Algumas terminologias

bull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunica atildeo satildeo enlaces

Camada de enlace introduccedilatildeo

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bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula o

datagramaA camada de enlace tem a

responsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacute

adjacente sobre um enlace

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5bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios

80211 no uacuteltimo enlacebull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte

A camada de enlace contexto

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bull

Viagem de Princeton at Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagrama

bull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

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5bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer

bull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

Serviccedilos da camada de enlace

copy 2005 by Pearson Education 5 - 5

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)

bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Algumas terminologias

bull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunica atildeo satildeo enlaces

Camada de enlace introduccedilatildeo

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bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula o

datagramaA camada de enlace tem a

responsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacute

adjacente sobre um enlace

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5bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios

80211 no uacuteltimo enlacebull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte

A camada de enlace contexto

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bull

Viagem de Princeton at Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagrama

bull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

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5bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer

bull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)

bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios

80211 no uacuteltimo enlacebull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte

A camada de enlace contexto

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bull

Viagem de Princeton at Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagrama

bull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

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5bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer

bull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)

bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer

bull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)

bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de erros

bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de erros

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdidobull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex

bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podemtransmitir mas natildeo ao mesmo tempo

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5

ldquo rdquo

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull

Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomo

bull Camadas de enlace e fiacutesica

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Paridade com bit uacutenico

Detecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor

bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16bits

Checksum da Internet

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bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDPReceptor

bull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G

bull

Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de

zero erro detectado

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a

Exemplo de CRC

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buscamos resto R

R = resto[ ]D2r

G

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico

ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio

compartilhado)

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

bull

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempobull Protocolo de muacuteltiplo acesso

bull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepriocanalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Canal de broadcast de taxa R bps

1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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4 Simples

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Trecircs grandes classes

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

bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Protocolos MAC uma taxonomia

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bull cesso a eat r obull Canal natildeo dividido permite colisotildees

bull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeo

bull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usarturnos mais longos

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal

bull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull

Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados

bull Exemplo rede local com 6 esta otildees 1 3 4 tecircm pacotes

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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compartimentos 2 5 6 ficam vazios

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia

bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull

Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado

bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas defrequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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b

a n d a s

d e

f r e

q uuml ecirc n c i a

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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bull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull

CSMA e CSMACD

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5CSMA escuta antes de transmitir

bull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocu ado adia a transmissatildeo

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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bull Analogia humana natildeo interrompa os outros

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Colisotildees podem ocorrer

o atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeo

Colisotildees no CSMA

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todo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4482

51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto

bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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bull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos

sinais transmitidos e recebidos

bull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo

bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem

distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo

consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que hajaapenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeo

Buscam o melhor dos dois mundos

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token assado de um noacute a outro se uumlencialmente

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull

Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 30

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Como se faz com um canal compartilhado

bull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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bull

Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecilem outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)

bull

Tecnologias de LAN

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bull Ethernetbull hubs pontes switches

bull PPP

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de rede

bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se dadefiniccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamenteconectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)

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

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)bull Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG

Endereccedilos de LAN (mais)

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(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade

bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra semreconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 3782

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

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Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B

dado o endereccedilo IP de B

bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtlt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o acote ARP res onde ara A com seu endere o MAC de B

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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bull

Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute

que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

copy 2005 by Pearson Education 5 - 35

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IPLAN

Roteamento para outra LAN

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 38

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4482

51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4582

5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4682

5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5182

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

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Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4482

51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4582

5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4682

5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 46

bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

copy 2005 by Pearson Education 5 - 47

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4882

Codificaccedilatildeo Manchester

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4982

5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5082

5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usada

bull

Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Ethernet

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esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

copy 2005 by Pearson Education 5 - 39

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 40

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalece

bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

copy 2005 by Pearson Education 5 - 39

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 40

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 40

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

E d d E h

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4182

5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 41

descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4482

51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4582

5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 46

bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

copy 2005 by Pearson Education 5 - 47

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

copy 2005 by Pearson Education 5 - 49

bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5182

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou

com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro

para o protocolo da camada de redebull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas

outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

Estrutura do quadro Ethernet

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descartado

S i atilde fiaacute l atilde

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4282

5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4482

51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissor

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 42

lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Eth t CSMACD

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

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bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

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Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sense

Ethernet usa CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 43

bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Al it CSMACD d Eth t

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 44

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 46

bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

copy 2005 by Pearson Education 5 - 47

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

copy 2005 by Pearson Education 5 - 49

bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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51 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se eledetecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta eenvia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesimacolisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador

espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Ethernet CSMACD

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5182

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo

48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Ethernet CSMACD

copy 2005 by Pearson Education 5 - 45

Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Eficiecircncia do CSMACD

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5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8082

5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4682

5bullbullbullbull Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

bullbullbullbull ttrans

= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

1eficiecircncia =

Eficiecircncia do CSMACD

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bull Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0bull Tende a 1 quando t

transtende ao infinito

bull Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

trans prop t t 51+

10BaseT e 100BaseT

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4782

5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

copy 2005 by Pearson Education 5 - 47

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Codificaccedilatildeo Manchester

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 4982

5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5082

5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo

bull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre)

bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacuteximaentre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5182

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

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CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Codificaccedilatildeo Manchester

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

7182019 enlacepdf

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5 Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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bull Usada em 10BaseT

bull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar

um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Gigabit Ethernet

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5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

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entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5082

5bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados

bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias

Gigabit Ethernet

copy 2005 by Pearson Education 5 - 50

entre os n s para ser e iciente

bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBufferedDistributorsrdquo

bull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora

A camada de enlace

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5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8182

5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8282

5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5182

5A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 51

bull 56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Interconexatildeo com hubs

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5282

5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

copy 2005 by Pearson Education 5 - 52

Switch

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes

bull No entanto domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Switch

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5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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5Encaminhamento

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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

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bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8082

5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8182

5

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Resumo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8282

5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5382

5bull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernet

bull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadrobaseado no endereccedilo MAC de destino

bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa

Switch

copy 2005 by Pearson Education 5 - 53

CSMACD para acessar o segmentobull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches

bull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados

Encaminhamento

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5482

5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6182

Redes corporativas

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6282

5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6482

5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Encaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 54

bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento

Self learning (auto-aprendizado)

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5582

5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 55

interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5682

5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch

bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo descartadas (TTL pode ser 60 min)

bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas

Self learning (auto aprendizado)

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interfaces

bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissorsegmento da LAN que chega

bull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Filtragemencaminhamento

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 56

then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5782

5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

copy 2005 by Pearson Education 5 - 58

bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5982

5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then

Filtragemencaminhamento

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then descarta o quadroelse encaminha o quadro na interface indicada

else floodEncaminha para todas as interfaces

exceto para aquela em que o quadro chegou

Switch exemplo

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Suponha que C envia um quadro para D

hub

switch endereccedilo interface

ABEG

1123

1 2 3

Switch exemplo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 57

bull

Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as interfaces 2 e 3

bull Quadro recebido por D

B CD

EF

G H

I

Switch exemplo

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5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

7182019 enlacepdf

httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 5882

5Suponha que D responde com um quadro para C

hub

switchendereccedilo interface

ABEG

1123

S tc e e p o

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bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

bull Quadro recebido por C

B CD

EF

G H

IC 1

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

copy 2005 by Pearson Education 5 - 59

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6082

5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LANbull Switch filtra pacotesbull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente

encaminhados para outros segmento de LAN

bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

ccedil g

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hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switches acesso dedicado

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8082

5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Switch com muitas interfaces

bull Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switchbull Sem colisotildees full-duplex

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

copy 2005 by Pearson Education 5 - 60

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Redes corporativas

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5p

copy 2005 by Pearson Education 5 - 62

Switches vs roteadores

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6382

5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Redes corporativas

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5p

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Switches vs roteadores

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

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Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8082

5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8282

5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da

camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos deroteamento

bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de

copy 2005 by Pearson Education 5 - 63

Resumo comparaccedilatildeo

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

copy 2005 by Pearson Education 5 - 64

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6582

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 65

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5 hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

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plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

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de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8282

5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6682

5bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace debroadcastbull Sem Media Access Control

bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 66

bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)

bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava serconsiderada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6782

5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6882

5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 6982

5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7082

5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7182

Byte stuffing

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7282

5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7582

5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7682

51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada derede no quadro da camada de enlace

bull

Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo

bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 67

de dados

bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a

camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do

enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP natildeo requisitos

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

copy 2005 by Pearson Education 5 - 69

PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

copy 2005 by Pearson Education 5 - 72

byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 74

bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordem

bull Natildeo haacute necessidade de su ortar enlaces multi onto ex ollin

copy 2005 by Pearson Education 5 - 68

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

PPP formato do quadro

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

copy 2005 by Pearson Education 5 - 70

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)

bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro

deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

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PPP formato dos dados

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7382

5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 73

A camada de enlace

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7482

5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Byte stuffing

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

copy 2005 by Pearson Education 5 - 75

bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5byte com o padratildeodo flag nos dados a

enviar

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byte com o padratildeo de escape acrescentadonos dados transmitidos seguido por um bytecom padratildeo de flag

PPP protocolo de controle de dados

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull

53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull

56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixaapenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

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bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Resumo

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5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlacedevem

bull Configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de redebull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP)

(campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP

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A camada de enlace

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

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53 Protocolos de muacuteltiplo acessobull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull

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56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de

sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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bull IBM VM os dos anos 6070

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

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bull convenccedilotildees de endereccedilamento

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bull roteamento

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

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GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

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Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

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bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

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Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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5bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

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bull

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56 Hubs e switchesbull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

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GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

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Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

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Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

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sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuaisbull Maacutequinas virtuais ex java

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

bull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em

bull convenccedilotildees de endereccedilamento

bull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de erros

bull roteamento

copy 2005 by Pearson Education 5 - 76

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7782

5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenicae uniforme escondendo aheterogeneidade das redes locais

bull Rede de redes

GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou osextrairdquo

bull Rota (no niacutevel de internetwork)para o proacuteximo gateway

copy 2005 by Pearson Education 5 - 77

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7882

5O que eacute virtualizadobull

Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

bull Tecnologia da rede local em questatildeo

copy 2005 by Pearson Education 5 - 78

bull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS

bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia decamada de enlace para o IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 7982

5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 79

Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

copy 2005 by Pearson Education 5 - 80

bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

copy 2005 by Pearson Education 5 - 81

Resumo

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httpslidepdfcomreaderfullenlacepdf 8282

5bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo

bull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace

bull

copy 2005 by Pearson Education 5 - 82

bull Ethernetbull LANS comutadas

bull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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51974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnet

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hellip diferentes em

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Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5Camada de rede da Internet (IP)bull Endereccedilamento internetwork

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GatewaybullldquoEmbute pacotes da Internet no

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Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet

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Multiprotocol label switching (MPLS)

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5bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usandolabels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)

bull

Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

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Roteadores MPLS

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5bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo

bull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor doroacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

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bull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar(ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego

bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5

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Resumo

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