Redes  ‐ Aula 3.2WAN e Protocolos

Prof. Rodrigo Coutinho

WAN – Comutação

Comutação é a forma como serão alocados os recursos p/ transmissão na redeComutação de circuitos

Pressupõe existência de caminho físico dedicadoIniciada quando necessário e finalizada quando a comunicação estiver concluídaSemelhante a circuito telefônico

Comutação de pacotesNão há estabelecimento de caminho dedicadoCompartilhamento dos recursos comunsMensagem é transmitida nó a nóUtiliza circuitos virtuais○ Diferente de Comutação por circuitos

Comutação p or Ci rcui tos

• Vantagens– Garantia de recursos

– Disputa pelo acesso somente na fase de conexão

– Não há processamento nos nós intermediários

– Controles nas extremidades

• Desvantagens– Desperdício de banda nos períodos ociosos

– Recuperação de erros fim a fim

– Probabilidade de bloqueio (circuitos ocupados)

Comutação p or Pacotes

• Vantagens– Maior aproveitamento dos links

– Uso otimizado do meio

• Desvantagens– Aumento do tempo de transferência das mensagens

– Não garante taxa de transmissão

• Comutação por mensagens– Mesmo princípio dos pacotes, mas com blocos de dados maiores

Ci rcui tos x Pacotes

Característica Com. por circuito

Com. por pacotes

Circuito físico dedicado Sim Não

Largura de banda Fixo Variável

Desperdício de banda? Sim Não

Armazenamento nos nós Sim Não

Requer conexão prévia Sim Não

Congestionamento Início da chamada

Em cada pacote

WAN – Ci rcui tos vi rtuai s

Circuito lógico criado em rede física compartilhadaATM, Frame Relay, X.25SVC (Switched virtual circuit)

Dinamicamente estabelecidos sob demanda3 fases○ estabelecimento do circuito;○ transferência dos dados;○ Encerramento da conexão.

Custo menor, uso de banda maior

PVC (Permanent virtual circuit)Conexões com transferência de dados constanteMaior custo, uso de banda menor (menos overhead)

WAN – PDUs

• Protocol Data Unit

• É a informação transmitida como uma unidade em uma rede, que pode transportar informações de controle ou dados

• Conforme a camada do modelo OSI, tem diferentes nomes:– Camada física – bit

– Camada de enlace – frame (quadro)

– Camada de rede – packet (pacote)

– Camada de transporte – segmento 

– Demais – dados 

Frame Relay

Baseado no antigo X.25Removeu as correções de erro, por causa dos meios com menos interferência (X.25 era baseado em linhas telefônicas analógicas)

Trabalha com frames de tamanho variávelFrames transmitidos na camada 2 do modelo OSICorreção de erro fica a cargo dos endpoints

Não há correção, apenas retransmissãoMais velocidade no meio

Utiliza Circuitos VirtuaisMais comum é o PVC

Tornou‐se popularLinks baratos (comparados com outras tecnologias)Facilidade de administração

Frame Relay – o quadro– Flag – identificador do pacote

– Address – endereço

– DLCI (Data link connection identifier) – Identifica o circuito virtual ao qual o pacote pertence

– FECN (Forward Explicit Congestion Notification),BECN,DE (Discard Elegibility) 

– Data – Tamanho variável, 1.600 octetos máximo recomendado

– FCS (Frame Check Sequence) – Verificação de CRC

Frame Relay ‐ Congesti on

Protocolo não usa controle de fluxo link a linkOcorre apenas entre os roteadores Frame Relay

O Controle de congestionamento no frame relay inclui:Admission Control: rede decide aceitar ou não um novo pedido de conexão, baseado no solicitante e na banda restanteTraffic descriptor consiste de 4 elementos:A) Commited information rate (CIR) – velocidade garantida em bit/sB) Commited Burst size (BC) – número máximo de unidades de informação transmitidas em um tempo TC) Excess Burst Size (BE) – número máximo não garantido que a rede tentará transportar no tempo TD) Excessive Information Rate (EIR) – CIR * BE/BC

Frame Relay ‐ Congesti on

• O Controle é realizado pelos nodes Frame Relay

• Os nodes fazem cumprir o acordado na conexão (Traffic Descriptor)

• O controle é a “notificação explícita”– Bits FECN e BECN são ativados caso seja detectada 

congestionamento. No caso do FECN, o nó origem notifica o destino. BECN é o contrário

– Tráfego acima do CIR tem o bit “Discard Eligible” marcado

– Tráfego acima do CIR + EIR é descartado automaticamente

Frame Relay ‐ LMI

Link Management Interface – Extensões de frame relay utilizadas para melhor gerenciamento

LMI Global addressing extensionDLCIs passam a ter endereços Globais e não apenas locais

Melhora visualização da rede e comunicação com as interfaces

LMI Virtual Circuit statusComunicação entre os nós para reportar status dos circuitos virtuais, evitando perda de dados e de banda

LMI multicasting extensionPermite criação de grupos multicast na rede

Facilita administração e diminui tráfego de dados na rede

Frame Relay versus X.25

• Frame relay aproveita os links mais confiáveis do que os projetados para o X.25

• X.25 opera nas camadas OSI 1,2 e 3. Frame relay apenas na 1 e 2– Menos processamento em cada nó

• X.25 envia pacotes, Frame relay envia frames– Supressão dos campos de correção de erro e controle de fluxo

• X.25 possui largura de banda fixa– Frame relay negocia dinamicamente, usa conceito de burst

ATM – Asynchronous transfer mode

• Não há camada OSI específica– Normalmente situada nas camadas 1, 2 e 3

• Independente de tecnologias

• Frames são chamados de células

• Células– Tamanho fixo: 53 bytes (5 de cabeçalho)

– Facilidade de tratamento pelos switches

– Maior overhead (excesso de cabeçalhos)

• Redes de alta velocidade ( Até 622 Mbps – fibra)– Desenhado para implementação por hardware

• Utiliza Circuitos Virtuais (VCs)

ATM – Células

• Uso de células principalmente para reduzir instabilidades, principalmente em aplicações de voz e vídeo– Pacotes Ethernet (1500 bytes) tinham latência alta nos meios 

disponíveis à época

• Tamanho pequeno dá tempo para correções

• Fundamentalmente orientada a conexão– Qualquer transferência de dados exige conexão prévia

ATM – Asynchronous transfer mode

• Conceitos de conexão:– Virtual Channel (VC)

• Provê o transporte de células com o mesmo identificador (VCI)

– Virtual Path (VP)• Grupo de VCs que possui o mesmo destino (VPI)

– Valores de VPI e VCI são locais e não globais

• Camadas– Física – Análoga à camada física do modelo OSI

– ATM – Mutiplexação e encaminhamento das células

– ATM Adaptation Layer (AAL) ‐

ATM – Células

• ATM Adaptation Layer (AAL)– Define como tratar pacotes de camadas superiores nas células 

ATM (Ex. Giga Ethernet, IP, Frame Relay)

– Segmentação e reunião (quebra dos pacotes em células)

– Corrige erros de transmissão e realiza controle de fluxo

ATM – Células

• Classes de serviço AAL – AAL1 – CBR (Constant Bit Rate), síncrono, CO, Ex. Linhas E1

– AAL2 – VBR (Variable Bit Rate), síncrono, CO, Ex. Voice over ATM

– AAL3/4 – VBR, tráfego assíncrono  (X.25)

– AAL5 – Similar ao anterior, com cabeçalho simplificado. Assume que os dados são sequenciais. Suporte a protocolos de camada superior orientados a conexão – Ex. IP, Ethernet

• 2 tipos de células– UNI (User‐Network Interface) – Inclui 4 bit para controle de fluxo

– NNI (Network‐Network Interface) – Incorpora esses 4 bits na VPI

ATM – Células

Classe Bit‐rate Síncrono? Orientado à Conexão?

Exemplo

AAL1 Constante Sim Sim Linhas E1

AAL2 Variável Sim Sim Voice over ATM

AAL3/4 Variável Não Sim (X.25)Não (SMDS)

X.25

AAL 5 Variável Não Sim IP over ATM

ATM – Células

ATM – Qos

• Quando um VC do ATM é iniciado, o tipo de tráfego associado tem de ser informado

• Tipos básicos– CBR – Constant Bit Rate – valor constante

– VBR – Variable Bit Rate – valor deve cumprir uma média

– ABR – Available Bit Rate – valor mínimo garantido

– Unspecified Bit Rate – todo o restante disponível

• Permite controle do tráfego e priorização

HDLC – High Level Data Link Protocol

Protocolo atua na camada de enlace, e é normatizado pela ISO 13239

Provê serviço orientado ou não à conexão

Orientado a bit (bit stuffing)

Pode ser usado em links síncronos ou assíncronos

Baseado no protocolo SDLC, da IBM

Usado com pequenas mudanças em vários protocolosEx. X.25 LAPB; Frame Relay LAPF; 802.3 LLC;

Cisco usa frame proprietário HDLC

Suporta full ou half duplex

Estrutura do frame HDLC

• Flag – identificador do campo (01111110 ou 7E)

• Adress – endereço de destino – 8 bits

• Control – 8 ou 16 bits

• Data – dados em si; tamanho variável

• CRC = FCS – Computado sobre todo o frame, incluindo Address, Control e Data

– 16‐bit CRC ou 32‐bit CRC32

HDLC – Tip os de frames

• Unnumbered frames (U‐frames) – Usados para gerenciamento do link (ex. conexões lógicas entre nós)

• Information frames (I‐frames) – Carregam os dados propriamente ditos

• Supervisory Frames (S‐frames) – usados para controle de erro e fluxo.

HDLC – modos de op eração

Normal Response Mode (NRM) Ponto a ponto ou multiponto

Estações secundárias só transmitem quando a primária instruir

Não balanceada (uma estação controla as demais)

Asynchronous Response Mode (ARM)Ponto‐a‐ponto e Full Duplex

Estações secundárias transmitem quando quiserem

Não balanceada

Asynchronous Balanced Mode (ABM)Ponto‐a‐ponto e Full Duplex

Cada estação funciona como primária e secundária

PPP

• Point to Point Protocol– Transferência ponto‐a‐ponto entre nós de uma rede

• Pode prover– Autenticação, Encriptação e Compressão de dados

• Usado em vários tipos de meios– Cabos seriais, linhas telefônicas, telefone celular, rádio

• Usado em larga escala para internet– Conexões dial‐up via modem

– PPPoA e PPPoE para ADSL

• Camada 2 do modelo OSI

• Derivado do HDLC

PPP – Característi cas bási cas

• Usou especificações do HDLC como base do frame

• Configuração modular (LCP e NCP) do link permitiu uso bastante extenso

• Configuração automática via Link Control Protocol– LCP ‐ configuração automática da transmissão (tamanho do 

datagrama, uso de autenticação e compressão, etc). 

– Dados só são transmitidos após a conexão PPP e os parâmetros LCP devidamente estabelecidos

• Suporte a múltiplos protocolos da camada 3– Network Control Procotol (NCP) provê recursos diferentes para 

cada protocolo

– Mais de um protocolo pode ser 

PPP – Formato do Frame

Flag: indica início ou fim do frameAddress: Endereço de broadcast, já que a conexão é ponto a ponto (no HDLC é destino)Control: byte de controleProcotol: Identifica o protocolo do datagramaencapsulado no frameData: informação propriamente dita

Frames de dados ou de controle

FCS – Frame Check Sequence (calculado sobre todos os campos, exceto flag)

PPP – Autenti cação

• Autenticação é opcional– Depende da finalidade do link e do meio utilizado

• Negociada durante o setup do LCP

• PAP (Password Authentication Protocol)– Simples negociação de usuário e senha

– Transmite informações em texto simples (inseguro)

– Em desuso por causa das preocupações com segurança

• CHAP (Challenge Handshake Authentication Proto.)– Usa criptografia para comparação do “challenge”

– O “método” da encriptação reside nas máquinas e não é transmitido via Link

PPP – CHAP x PAP

PPP – Estabeleci mento do Li nk

MPLS

• Multi‐Protocol Label Switching

• Necessidades– Backbone internet flexível, escalável, com Qos diferenciado

– Arquitetura clássica CLIP (Classical IP over ATM) apresenta limitações e overhead

• CLIP– Routers IP e comutadores ATM, topologias segregadas

– Cada rede tem protocolos próprios de roteamento e sinalização

– Abordagem tradicional torna‐se muito onerosa, com tráfego de informações crescente

MPLS – Problemas nas rotas IP

• Decisão de roteamento IP:

• Base no endereço de destino (destination‐based routing)– Decisão com base exclusivamente no cabeçalho

– Processamento do cabeçalho relativamente complexo (Lookup da tabela de rotas; Decremento do TTL; CRC)

• Base na métrica de menor custo– Falta de balanceamento nas ligações

• Não há Qos

MPLS – Objeti vos

• Princípios básicos de outros multicamadas (IP Switching, da Ipsilon e Tag Switching, da Cisco)

• Objetivo principal é eliminar o overhead da arquitetura IP sobre ATM– Porém, MPLS suporta múltiplos protocolos

• Topologia única e compartilhamento de informação entre roteadores

• Estabelece uma associação entre as informações de camadas 2 e 3 (multi‐camada)– Por isso é considerado um protocolo de camada “2.5”

MPLS – Termos

FEC – Forwarding Equivalence ClassConjunto de Ips que segue o mesmo caminho ou são processados da mesma maneira por um LSR

LabelIdentificador de tamanho fixo para um FECPode ser codificado em campos existentes nos frames ( ATM VCI/VPI ou Frame Relay DLCI)

LDP – Label Distribution ProtocolLSR – Label Switching Router

Roteador capaz de executar tanto IP quanto MPLSPode ser Label Edge Router – LER (Borda)

LSP – Label Switched PathsCaminho seguido por pacotes de um determinado FEC

MPLS – Label

MPLS – Op eração

Protocolos de roteamento estabelecem rotas com os destinos (e.g. OSPF)

LDP estabelece os labels para os destinos da rede

LER recebe o pacote e aplica a labelUm pacote pode carregar N labels (label stacking)

Label se localiza entre cabeçalho das camadas 2 e 3

Informação do label é local (muda a cada hop)

LSR encaminham os pacotes pela redeSeleção de rota por

A) hop‐by‐hop – Cada LSR escolhe o próximo nó

B) explicit routing – LER especifica os nós (nem sempre são todos!)

LER remove o label e entrega o pacote

MPLS

Exercíci os – Aula 3 – Roteadores• (Serpro/2005 – Cespe) 58 O RIP e o OSPF são protocolos projetados para uso no 

roteamento em um mesmo sistema autônomo, enquanto o BGP é projetado para uso em roteamento entre sistemas autônomos diferentes.

• 59 O RIP é um protocolo cujo funcionamento é totalmente automático, não havendo uso de qualquer métrica de roteamento em sua operação.

• 60 O OSPF é um protocolo que, para operar corretamente em grandes inter‐redes, necessita do projeto da arquitetura de roteamento, pois trata‐se de um protocolo de roteamento hierárquico.

• 61 RIP e OSPF operam sobre o protocolo UDP, enquanto BGP opera sobre o protocolo TCP.

• (STN/2005 – Esaf) No roteamento dinâmico, as tabelas de roteamento são atualizadas a partir de informações trocadas entre os roteadores.

Exercíci os – Aula 3 – Comutação• (Stf/2008 – Cespe) Na comutação de pacotes, a comunicação pode ser via 

datagramas ou circuitos virtuais. Na comunicação via circuito virtual, durante uma conexão, os pacotes podem seguir diferentes rotas até o destino; na comunicação via datagramas, a rota é estabelecida antes de cada mensagem ser enviada, e pacotes de uma mesma mensagem seguem necessariamente a mesma rota.

• (MPE/AM/08 – Cespe) Tomando como critérios o caminho de comunicação usado e a forma como os dados são transmitidos, uma rede por comutação por circuito é aquela em que um circuito físico é estabelecido entre os nós terminais antes de ocorrer a comunicação.

Exercíci os – Aula 3 – Comutação• (TSE/2007 – Cespe) Na comutação por circuitos, os dispositivos conectados 

podem transmitir em velocidades diferentes das dos seus pares. Essa técnica de comutação é eficiente quando há intervalos durante os quais não há dados a transmitir.

• Na comutação por pacotes, a comunicação é via datagramas. Embora os datagramas sejam tratados independentemente, os datagramas para um mesmo destino não podem seguir rotas diferentes.

Exercíci os – Aula 3 – Redes ATM• (COHAB/04 – Cespe) Os comutadores ATM são switches que utilizam 

essencialmente comutação por células, que podem ser descritas como quadros de tamanho fixo e reduzido e permitem a implementação do processamento de células por hardware.

• (TJPA/2006 – Cespe) Na comutação por pacotes, pode ocorrer a utilização de pacotes de tamanho fixo, como nas redes embasadas em X.25, ou de tamanho variável como nas redes ATM.

• (STF/08 – Cespe) ‐ Em redes asynchronous transfer mode (ATM), cada célula tem 53 octetos. Como não é necessário rotear as células, elas não possuem cabeçalhos e os octetos têm apenas dados das aplicações. Os protocolos na camada de adaptação ATM definem como empacotar esses dados.

Exercícios – Aula 3 – Redes HDLC e PPP• (Petrobras/2007 – Cespe) O protocolo HDLC é orientado a bit e usa bit 

stuffing.

• O frame HDLC é delimitado por uma seqüência de bits usada como flag, entretanto, em enlaces ponto‐a‐ponto sem atividade, essa seqüência não é transmitida.

• Os frames HDLC podem ser classificados em dois tipos: supervisão ou informação.

• Os frames de informação efetuam controle de fluxo e de erro.

• O protocolo PPP permite detecção de erros, suporte multiprotocolo, negociação de endereço e autenticação.

• O LCP suporta circuitos síncronos e assíncronos.

• O LCP não suporta codificação orientada a bit.

• O NCP negocia as opções de rede, estando restrito ao IP.

Exercícios – Aula 3 – Redes Frame Relay e MPLS

• (CBM‐DF/07 – Cespe) Em frame relay, o controle de fluxo é realizado na camada de enlace, não sendo necessária a sua realização fim‐a‐fim (camada de transporte), e ocorre a implementação de funcionalidades da camada de rede na camada de enlace. Por outro lado, CIR é um parâmetro ligado ao QoS, que pode ser excedido em alguns bursts.

• (TJDF/2008 – Cespe) Na comutação de rótulos MPLS, o próprio protocolo MPLS é responsável pela sinalização referente à distribuição de rótulos entre os roteadores habilitados para tal.

• (CBM/DF/2007 – Cespe) Em uma rede MPLS, pacotes que chegam à rede recebem rótulos, atribuídos por um LER (label edge router) e são encaminhados ao longo de um LSP (label switch path), em que cada LSR (label switch router) toma decisões de encaminhamento com base nos rótulos.