Redes de ComputadoresRedes de Computadores · Redes de Computadores 2010/2011 1 Departamento de...

Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011

Departamento de Engenharia Informtica1

Redes de ComputadoresRedes de Computadores

Camada Lgica


Departamento de Engenharia Informtica2 Camada Lgica

Endereamento em LANs Reviso

Introduo e Servios Deteco e correo de erros Protocolos de Acesso Mltiplo Endereamento em LANs Hubs e switches Tecnologias da camada lgica

Token Ring, PPP Ethernet

Tecnologias da camada lgica -Virtualizao

ATM MPLS

Endereos LAN

Expedio de tramas

ARP: AddressResolution Protocol

Encaminhamento de um pacote para uma LAN diferente

Endereos LAN

Expedio de tramas

ARP: AddressResolution Protocol

Encaminhamento de um pacote para uma LAN diferente



Dispositivos Ethernet

Hub

Repetidor (Repeater)

Ponte (Bridge)

Switch



Hubs essencialmente repetidores de camada fsica: Hub no backbone interliga segmentos de LAN

mas os domnios de coliso de segmentos individuais formam um grande domnio de coliso No d para interligar 10Base T com 100BaseT

Bits (e no pacotes) vindos de um link so repetidos em todos os demais links na mesma taxa de transmisso, aumenta energia do sinal

No h CSMA/CD no hub: os adaptadores detectam as colises Sem armazenamento em memria das tramas Fornece funcionalidade de gesto da rede

e.g. adaptador em emisso contnua erros Estende a distncia mxima entre ns

Interligao de redes locais Hubs

Topologia de bus popular at meados dos anos 90

hub hub hub

Backbone hub

10BaseT 10BaseT 10BaseT

Engenharia Electrotcnica

Engenharia Informtica

Engenharia de Sistemas

Prevalncia actual topologia em estrela, hierarquica

Multi-tier Hub



Dispositivos do nvel de ligao de dados armazena e retransmite tramas Ethernet examinam os cabealhos de tramas expedindo-as de acordo com o destino

Uma Ponte (Bridge) isola domnios de coliso Instalao de ponte quebra a subrede em diversos segmentos de LAN

ponte filtra os pacotes: tramas do mesmo segmento de LAN no so normalmente encaminhados para os outros segmentos

dispe de memria para armazenar tramas Pode interligar vrios tipos de LANs

A existncia de uma ponte numa LAN no envolve nenhuma modificao nos adaptadores dos computadores da LAN

Suporta LANs arbitrariamente grandes Transparente

hosts ignoram presena de pontes Plug-and-play, Self-learning

no necessitam ser configurados

Interligao de redes locais- Pontes (Bridges), - e Comutadores Lgicos Switches

hub hub hub

switch

domnio de colisodomnio de coliso

domnio de coliso1

2 3



Rede Institucional / Empresarial

hub hubhub

switch

para a rede externa

router

subrede IP

servidor de mail

servidor web

10BaseT100BaseT Gigabit Ethernet



Fornece funcionalidades adicionais s da ponte Pontes a cairem actualmente em desuso

Normalmente Switches so implementados em Hardware, Pontes em Software

Switches tm diversas interfaces Hosts podem ter ligao directa com o switch Sem colises; full duplex

Comutao: A-para-A e B-para-B simultaneamente, sem colises

comutao cut-through: trama encaminhada da porta de entrada para a porta de sada antes de ter sido recebida toda a trama

reduo na latncia permite diversas combinaes de interfaces

partilhadas/dedicadas de 10/100/1000 Mbps

switch

A

A

B

B

C

C

Switches: Acesso Dedicado



hub hub hub

switch1

2 3

As pontes aprendem que computadores esto ligados a cada uma das suas interfaces (construo e actualizao de tabelas de filtragem)

quando uma trama recebida a ponte aprende a posio do emissor (endereo origem da trama)

memoriza a posio numa tabela de filtragem Entradas da tabela de filtragem (ou de comutao Layer 2):

Coleco de 3 valores: endereo LAN, interface, rtulo temporal Cada entrada tem um tempo de vida pr-determinado (e.g., TTL de 60 min)

Procedimento de filtragem Quando uma ponte recebe uma trama:

indexa a tabela de filtragem usando o endereo MAC do destinoif destino estiver na LAN de onde veio a trama

then descarta a tramaelse /* consulta a tabela de filtragem */

if entrada encontrada para o destinothen encaminha a trama na interface indicada

elseusa inundao p/ trama /* encaminha p/ todas interfaces excepto aquela onde trama chegou */

Pontes e Switches: Filtragem de Tramas



Pontes: Exemplo de Aprendizagem

C envia uma trama a D ... e D responde com uma trama para Cendereo interface

ABEIJ

11233

endereo interface

D responde a C a ponte aprende que D est na

LAN associada interface 2 e anota info na tabela de filtragem (2)

a ponte sabe que C est na LAN associada interface 1 e envia a trama apenas para essa interface

D 2(2)

C 1(1)

C envia trama e a ponte no tem informao sobre D

anota na tabela de filtragem (1) que C est na interface 1

a ponte usa a tcnica de inundao nas LANs que lhe esto ligadas

dado que D no se encontra na tabela, encaminha a trama para as demais interfaces: 2 e 3

a trama replicada ignorada na LAN associada ao porto 3 a trama recebida em D



Ambos so dispositivos que funcionam no modo store-and-forward routers: dispositivos que funcionam ao nvel da camada de rede

o examinam os cabealhos da camada de rede switches: dispositivos que funcionam ao nvel da camada de ligao de

dados routers so responsveis pela construo e manuteno de tabelas de

encaminhamento e executam protocolos/algoritmos de encaminhamento switches so responsveis pela construo e manuteno de tabelas de

filtragem e executam algoritmos de rvore geradora e de aprendizagem

Switches vs Routers



Comparao resumo:Vantagens (+) e Desvantagens (-)

+ Executam operaes simples usando pequena largura de banda

- Utilizao restrita a algumas topologias: excluso de redes com caminhos fechados

- No oferecem, em geral, mecanismos de proteco ao mau/mal-intencionado funcionamento das mquinas interligadas (e.g., emisso contnua de tramas de difuso por parte de uma fonte)

+ Suportam topologias arbitrrias (a existncia de caminhos fechados tido em conta limitando o nmero de saltos de um datagrama)

+ Podem fornecer servios de proteco (firewall)

- Exigem a configurao de endereos (no so plug and play)

- Exigem, em geral, maior largura de banda para a troca de mensagens entre si

Routers Switches

hubs routers switches

isolamento de trfego no sim sim

plug & play sim no sim

roteamento ptimo no sim no

Cut through sim no sim



Hubs e Switches Reviso



Tecnologias da camada lgicaVirtualizao

ATM MPLS

Interligao de redes locais

Hubs e Pontes


PontesAcesso Dedicado

Filtragem de Tramas

Exemplo de Aprendizagem

Pontes vs Routers

Interligao de redes locais

Hubs e Pontes


PontesAcesso Dedicado

Filtragem de Tramas

Exemplo de Aprendizagem

Pontes vs Routers



Token Ring Anel de Testemunho

Formato das tramas SD e ED delimitam a

trama AC (Access Control) contem o bit de

testemunho bits de reserva, prioridade

e monitorizao FC (Frame Control) FS

(Frame Status) indica se o destino

recebeu a trama

Acesso ao meio Testemunho tem de caber no anel N pode enviar trama quando

reconhece o testemunho N que envia trama retira o

testemunho do anel N que envia a trama repe o

testemunho Aps envio Aps recepo

11 1 6 6 4 1 1



Protocolos de ligao ponto a ponto populares: PPP (point-to-point protocol) HDLC: High level data link control - Controlo de Ligao de Dados de Alto Nvel

Ligao entre dois ns: um emissor, um receptor, um canal sem controlo de acesso ao meio (MAC) sem necessidade de endereamento MAC explcito e.g. ligao ao ISP via interface srie e modem, ou sobre ISDN

Formatao das tramas Delimitao de tramas e justificao da informao Deteco de erros

Protocolo de controlo da ligao Manuteno ligao Negociao de parmetros

Protocolos de controlo da camada de rede Vrias camadas de rede so suportadas Negociao de parmetros, e.g.: Endereo IP

Protocolo de ligao ponto a ponto: Point to Point Protocol (PPP)

[RFC 1661, 2153]



Requisitos

Delimitao dos pacotes: encapsulamento de datagramas da camada de rede em trama da camada lgica

transporta dados de qualquer protocolo de camada de rede (no apenas do IP) simultaneamente

habilidade de desmultiplexar para cima Transparncia de bits: transportar qualquer padro de bits no campo de dados Deteco de erros (sem correco) Manuteno da ligao: detecta, indica falhas da ligao para a camada de rede Negociao do endereo da camada de rede: pontos terminais podem

aprender/configurar o endereo de rede do outro

No requisitos

no faz correco/recuperao de erros sem controlo de fluxo entrega fora de ordem OK sem necessidade de dar suporte a canais multiponto (ex., polling)

relegados para camadas superiores

[RFC 1547]

Requisitos de Projecto PPP



Formato das tramas PPP

Delimitador (flag): 01111110 Endereo: 11111111 (nica possibilidade) Controlo: 00000011 (nica possibilidade - no futuro pode ter

mltiplos campos de controle Protocolo: protocolo da camada superior para o qual entregar a trama

Ex: PPP-LCP, IP, IPCP info: dados da camada superior que esto a ser transportados verificao (check), ou FCS: cdigo de redundncia cclica para

verificao de erros



Enchimento de Bytes (Byte Stuffing)

Requisito de transparncia dos dados: campo de dados deve poder incluir o padro do delimitador 01111110

Nos dados, se estiver contido o padro do delimitador, este deve ser precedido por um byte de escape, 01111101, introduzido pelo emissor

Ento e se byte de escape tambm aparecer nos dados? Emissor

adiciona (enche) byte 01111101 extra antes de cada byte 01111101 de dados Receptor:

apenas um 01111110: byte de delimitador byte 01111101 precede byte 01111110 em sequncia: descarta o primeiro byte,

continua com a recepo dos dados processando 01111110 como dados dois bytes 01111101 em sequncia: descarta o primeiro byte, continua com a

recepo dos dados, processando o 2 byte 01111101 como dados

Como disambiguar se 01111110 recebido dados ou delimitador?

01011101 00101011 01111110 11010101 01111101 00001000

01011101 00101011 01111110 01111101 11010101 01111101 01111101 00001000

Dados originais:Dados enviados pelo emissor:



Protocolo de Controlo de Dados PPP

Antes de iniciar a troca de dados os extremos da ligao PPP tm de trocar informao de controlo:

Configurao da ligao (e.g., comprimento mximo da trama, autenticao, protocolo n C021)

Inicio da ligao Trama LCP configure-request Configure-ack (all options acceptable) ou

configure-nak Fecho da ligao

Trama LCP terminate-request Trama LCP Terminate-ack

Configurao da camada de rede para o protocolo IP: transporta

mensagens do protocolo IPCP (protocolo n 8021) para configurar/aprender endereos IP

Link-control Protocol - LCP



Largamente difundida A mais antiga das tecnologias de rede local Mais simples e menos cara que outras tecnologias de redes

Muito barata! 20$ para placas 10/100Mbps! Acompanhou o aumento de velocidade: 10 Mbps 10 Gbps Admite ligaes ponto-a-ponto (usando comutadores lgicos) e canais de difuso

(usando hubs) partilhados

Rascunho de Metcalfe sobre a Ethernet

EthernetStandard 802.3



Ethernet: Tecnologias

10BASE2 (802.3a-1985) Cabo coaxial fino 10 Mbps, todas as tramas enviadas recebidas em todas as interfaces Distncia mxima sem repetidores 185 m

10BASE-T (802.3i-1990), 100BASE-T (802.3u-1995) Pares entrelaados (conector RJ-45 no final) Taxas de transmisso normalmente de 10 e 100 Mbps No d para interligar 10Base T com 100BaseT Ns esto fisicamente ligados a um hub: topologia estrela Distncia mxima do n ao hub 100 m (i.e. distncia mxima entre dois ns 200 m)

100BASE-FX Como 100BASE-TX mas os cabos so em fibra ptica (maior alcane e taxa de transmisso)

1000BASE-T (802.3ab-1999) Usada sobretudo em modo full-duplex

A distncia mxima de um domnio de coliso de 256 bits para o funcionamento correcto do CSMA/CD

2 cabos de par entrelaado

hub

T significa Par Tranado (Twisted pair) 10BASE-T

adaptador

Escolhas da ligao: hub ou Bridge



Ethernet: Formato das TramasAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) numa trama Ethernet

CRC: x32+ x26+ x23+ x22+ x16+ x12+ x11+ x10+ x8+ x7+ x5+ x4+ x2+ x+1verificado pelo receptor: se fr detectado um erro, a trama descartada

Dados: MTU entre 46 (min) e 1500 bytes (max); enchimento (padding) do datagrama

Tipo: chave de desmuliplexagem, indica o protocolo da camada superior usualmente IP, mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

Preambulo: 7 bytes da forma 10101010, seguidos do byte 10101011 usado para sincronizar receptor ao relgio do emissor (relgios nunca so exactos, muito provvel que exista algum desvio entre eles)11 marca inicio da trama

Endereos: destino / origem (6 bytes para cada endereo MAC)se o adaptador recebe trama com o endereo destino igual ao seu, ou com end. de difuso, passa os dados da trama para o protocolo da camada de redecaso contrrio, o adaptador descarta a trama



Sem ligaes: No h estabelecimento de ligao (handshaking) entre os adaptadores emissor e receptor

No fivel: o adaptador receptor no envia ACKs ou NACKs para o adaptador emissor

fluxo de datagramas passados para a camada de rede pode conter falhas na sequncia falhas sero preenchidas se a aplicao estiver a usar o TCP caso contrrio, a aplicao ver as falhas

Servio no fivel e sem ligaes



1. Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria uma trama

2. Se o adaptador percebe que o canal est livre (atravs do sinal de voltagem, i.e. nenhum sinal de energia no canal durante o tempo de transmitir 96 bits), comea a transmitir a trama. Se percebe que o canal est ocupado, espera que o canal fique livre e transmite

3. Se o adaptador transmitir toda a trama sem detectar outra transmisso, o adaptador terminou com a trama!

4. Se o adaptador detectar outra transmisso enquanto estiver a transmitir, aborta transmisso e envia sinal de jam, reforando a coliso (48-bit jam signal), e garantindo que todos os emissores estejam cientes da coliso

5. Aps a abortagem, o adaptador entra no Recuo binrio exponencial truncado (binary exponentialbackoff): aps a n-sima coliso, o adaptador escolhe um K de forma aleatoria entre {0,1,2,,2m-1}, m=min(n,10). O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

Algoritmo CSMA/CD da Ethernet



Ethernet CSMA/CD

Tempo de Bit: 0,1 microseg para Ethernet de 10 Mbps;para K=1023, tempo de espera de cerca de 50 mseg

Recuo binrio exponencial truncado: Objectivo: adaptar as tentativas de

retransmisso carga actual estimada Alta carga: espera aleatria ser mais longa

na primeira coliso: escolhe K entre {0,1}; atraso de K 512 tempos de transmisso de um bit

aps a segunda coliso: escolhe K entre {0,1,2,3}

aps 10 colises, escolhe K entre {0,1,2,3,4,,1023}



Eficincia do CSMA/CD

Tprop = prop mxima entre 2 ns na LAN ttrans = tempo para transmitir trama de tamanho mximo

Eficincia vai para 1 medida que tprop vai para 0 Eficincia vai para 1 medida que ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA, e ainda descentralizado,

simples, e barato

transproptt /51

1eficincia

+=



Usada no 10BaseT 100BaseT usa codificao 4B5B mais eficiente (grupos de 5 periodos de

relgio utilizados para transmitir 4 bits de modo a fornecer transies suficientes para sincronizar relgios)

Cada bit possui uma transio Permite a sincronizao dos relgios nos ns emissor e receptor

no h necessidade de um relgio global, centralizado camada fsica!

Codificao de Manchester



Gbit Ethernet

Usa formato padro da trama Ethernet Admite ligaes ponto-a-ponto e canais de difuso partilhados Backward compatible com 10BaseT e 100BaseT

Extenso a estes standards Em modo partilhado, usa CSMA/CD

para ser eficiente, as distncias entre os ns devem ser curtas (poucos metros)

Os Hubs usados so chamados de Distribuidores com Memria (Buffered Distributors)

Full-Duplex a 1 Gbps para ligao ponto-a-ponto

10Gigabit Ethernet: a 10 Gbps (802.3ae)

Standard: IEEE 802.3z



rvore Geradora (spanning tree)

Por uma questo de fiabilidade do sistema desejvel que existam vrios caminhos entre origem e destino

Com mltiplos caminhos entre origem e destino surge a possibilidade indesejvel de que as tramas circulem indefinidamente no sistema

Soluo: organizao das pontes em rvore geradora desactivando algumas das suas interfaces



rvore Geradora AlgoritmoConstruo da rvore geradora Determinao da ponte raz Determinao do porto raz em cada ponte Determinao do porto e ponte designados

em cada LAN

Algoritmo (Radia Perlman, 1985) O algoritmo distribudo e baseia-se na

troca de BPDUs (Bridge Protocol Data Units) entre as pontes; cada BPDU tem a seguinte informao

Identificador da ponte e porto do originador Custo do caminho para a ponte raz do

conhecimento actual do originador Identificador da ponte raz do conhecimento

actual do originadorInicialmente todas as pontes so raz

e difundem essa informao em cada LAN a que esto ligadas

Hipteses cada ponte tem um identificador nico cada porto de ponte tem um identificador nico cada rede tem 1 endereo que permite comu-

nicar com todas as pontes ligadas a essa redeDefinies Ponte raz: ponte com o menor valor de

identificador Custo de um caminho: soma dos custos

associados transmisso de uma trama atravs de cada porto das pontes nesse caminho

Porto raz de uma ponte: porto atravs do qual o custo do caminho ponte raz menor

em igualdade de custos escolhe-se o porto de menor valor de identificador

Ponte designada e porto designado: em cada LAN uma ponte escolhida como a ponte designada e o porto correspondente o porto designado

a ponte designada a que proporciona o menor custo at raz; em igualdade de custos escolhida a ponte com menor valor de identificador



Exemplo de construo de rvoregeradora



Tecnologias da camada lgica



Tecnologias da camada lgicaVirtualizao

ATM MPLS

Protocolo Anel de TestemunhoFormato das tramas e acesso ao meio

Protocolo Ponto a Ponto (PPP)Requisitos

Formato das tramas

Enchimento de Bytes


EthernetTecnologias

Formato das Tramas


Algoritmo CSMA/CD Eficincia


Gbit Ethernet


Protocolo Anel de TestemunhoFormato das tramas e acesso ao meio

Protocolo Ponto a Ponto (PPP)Requisitos

Formato das tramas

Enchimento de Bytes


EthernetTecnologias

Formato das Tramas


Algoritmo CSMA/CD Eficincia


Gbit Ethernet




Virtualizao dos recursos: uma abstrao poderosa para a engenharia de sistemas:

Exemplos em computao: memria virtual, dispositivos virtuais Mquinas virtuais: ex., java SO VM da IBM VM nos anos 1960/70

Abstraes em camadas: no apresenta os detalhes das camadas inferiores, lida com as camadas inferiores apenas de forma abstracta

Virtualizao das Redes



1974: mltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados sobre cabos redes de pacotes via satlites (Aloha) redes de pacote via rdio

com diferenas em: convenes de endereamento

formato dos pacotes

recuperao de erros

encaminhamento

ARPAnet rede de satlites

A Internet: Virtualizao das Redes



ARPAnet rede de satlites

gateway

Camada Interedes (IP Internetwork layer) endereamento: rede interconectada

aparece como uma entidade nica, uniforme, apesar da heterogeneidade das redes locais

rede de redes

Gateway: encapsula os pacotes interredes no

formato do pacote local encaminha (na camada interrede)

para o prximo gateway

Gateways e IP Internetworking



O que foi virtualizado? duas camadas de endereamento: interrede e rede local nova camada (IP) torna tudo homogneo na camada interrede tecnologia de rede local

Cabo Satlite Modem de 56Kbps X.25 e Frame-relay ATM e MPLS

ATM e MPLS so redes diferentes modelos de servios, endereamento e roteamento diferentes dos usados na Internet vistos pela Internet como sendo uma ligao lgica a interligar routers IP

invisvel para a camada interrede. Para o IP parecem como tecnologias da camada lgica!

Arquitectura Interredes de Cerf & Kahn



ATM: Asynchronous Transfer Mode

ATM: camada de rede ou lgica? Viso: transporte extremo-a-extremo

ATM uma tecnologia de rede Realidade: usada para ligar routers de

um backbone IP IP sobre ATM ATM como uma camada de

ligao de dados comutada, a qual liga routers IP

Rede ATM

Rede IP

Objectivo: transporte extremo-a-extremo integrado para voz, vdeo e dados atendendo aos requisitos de sincronismo e QoS para voz e vdeo (versus o

modelo de melhor esforo da Internet) prxima gerao dos telefones: razes tcnicas nos telefones Comutao de pacotes (pacotes de comprimento fixos, denominados de

clulas) usando circuitos virtuais

Standard de alta velocidade dos anos 90s/00 - 155Mbps a 622 Mbps, e superior



Camada de Adaptao ATM ATM adaptation layer (AAL) na fronteira de uma rede ATM - AAL apenas nos sistemas finais, no nos switches (comutadores) Segmento AAL (campos de cabealho/cauda, dados) fragmentado em vrias clulas ATM

analogia com a camada de transporte da Internet: segmento TCP em muitos pacotes IP

adapta as camada superiores (IP ou aplicaes nativas ATM) camada ATM abaixo Sub-camada de convergncia (CPCS) Sub-camada de segmentao e reconstruo (SAR) dos dados

Camada ATM - camada de rede comutao de clulas, encaminhamento

Camada PHY Sub-camada de convergncia (TC) Sub-camada dependente do meio (PMD)

Sistema terminal Comutador ATM Comutador ATM Sistema terminal

Camada IP Camada IP

Arquitectura ATM



Diferentes verses de camadas AAL, dependendo da classe de servio ATM: AAL1: para servios CBR (Constant Bit Rate), e.g. emulao de circuitos AAL2: para servios VBR (Variable Bit Rate), e.g., vdeo MPEG AAL5: para dados (ex, datagramas IP)

PDU AAL

clula ATM

Dados do utilizador

Camada de Adaptao ATM (AAL)



Servio: transporta clulas atravs da rede ATM anloga camada de rede IP servios muito diferentes dos da camada IP

Arquiteturade Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo deservio

melhoresforoCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

nenhuma

taxaconstantetaxagarantidamnimagarantidanenhuma

Perdas

no

sim

sim

no

no

Ordem

no

sim

sim

sim

sim

Tempo

no

sim

sim

no

no

Informa s/congestion.?

no (inferidovia perdas)semcongestion.semcongestion.sim

no

Garantias ?

Camada ATM



Camada ATM: Circuitos Virtuais (VC)

Transporte em VCs: clulas transportadas em VCs da origem ao destino estabelecimento de ligao para cada chamada antes que dados possam fluir cada pacote carrega o identificador do VC (e no a ID do destino) cada comutador no caminho entre origem e destino mantm o estado para

cada ligao que passa por ele recursos de ligao de dados, comutao (largura de banda, buffers) podem

ser alocados ao VC: para obter desempenho do tipo comutao de circuito VCs Permanentes (PVCs)

ligaes de longa durao tpico: caminho permanente entre ns de encaminhamento IP

CVs Comutados (SVC Switched VC) estabelecimento dinmico a cada chamada



Virtual Circuits (VCs) ATM

Vantagens da abordagem de VCs do ATM

garantia de desempenho de QoS para a ligao mapeada no VC (largura de banda, atraso, variao do atraso jitter)

Desvantagens da abordagem de VCs do ATM

Suporte ineficiente ao trfego de datagramas

um PVC para cada par origem/destino no escalvel (so necessrias N2 ligaes)

SVCs introduzem atraso de estabelecimento de ligaes, overhead de processamento para ligaes de curta durao



Camada ATM: clula ATM

cabealho da clula ATM de 5 bytes carga til (payload) de 48 bytes

pequena carga => tempo de criao de clula pequeno, para voz digitalizada

3 bit do campo PT (Payload Type) da clula ATM a 1 indica ltima clula

Formato da clula

Cabealho

CLP: bit de prioridade de perda de clula (Cell Loss Priority) CLP = 1 indica clula de baixa prioridade, pode ser descartada em caso de congesto

VCI: ID do circuito virtual mudar em cada ligao atravs da rede

PT: Tipo da carga (ex. clulas RM ou clula de dados)

HEC: HeaderError Checksum(checksum do cabealho)

Verificao de redundncia cclica



Camada Fsica ATMDuas partes (subcamadas) da camada fsica:

Subcamada Dependente do Meio Fsico (PMD - Physical Medium Dependent):depende do meio fsico que est a ser utilizado

SONET/SDH: estrutura de quadro de transmisso (como um container transportando bits); sincronizao de bits; participao da largura de banda (TDM); vrias velocidades: OC3/STM-1 = 155,52Mbps; OC12/STM-4 = 622,08Mbps;

OC48/STM-16 = 2,45Gbps, OC192/STM-64 = 9,6Gbps no estruturada: apenas clulas (ocupadas/idle)

Subcamada de Convergncia de Transmisso (TCS - Transmission ConvergenceSublayer ): adapta a camada superior, ATM, subcamada PMD abaixoFunes da TCS:

Gerar o checksum do cabealho: CRC de 8 bits Delimitao da Clula Na subcamada PMD no estruturada, transmite clulas idle quando no houver clulas

de dados para transmitir



IP sobre ATMApenas IP Clssico 3 redes (ex, segmentos de LAN) endereos MAC (802.3) e IP

IP sobre ATM substitui uma rede (e.g.,

segmento LAN) por uma rede ATM

endereos ATM e endereos IP

RedeATM

LANs Ethernet

LANs Ethernet



IP sobre ATM - Funcionamento

AALATMfisfis

Eth

IP

ATMfisica

ATMfisica

aplicaotransporte

IPAALATMfsica

aplicaotransporte

IPEthernet

fsica

No sistema terminal de origem camada IP faz o mapeamento entre

end. destino IP e ATM (usando ARP) datagrama IP convertido em

PDUs da AAL5 a AAL5 encapsula os dados, segmenta

em clulas e passa para a camada ATM...de endereos IP para endereos ATM

exactamente como converso de endereos IP para endereos MAC 802.3!

Na Rede ATM encaminha a clula atravs do VC at o

destino circuitos virtuais permanentes entre pares de

routers de entrada e sada

ATM ARP: cada encaminhador tem um VC de difuso associado

No sistema terminal de destino a AAL5 junta as clulas para montar o

datagrama original se CRC OK, datagrama passado p/ o IP



IP sobre ATM Exemplo

ATM transport all the way from BTS to GGSN IP over ATM AAL2 from Serving-RNC to GGSN

fixed ATM cell size leading to packet fragmentation, virtual circuit setup delays

Native IP transport over a simple MAC protocol is preferable (technically and commercially)

Transport protocol stack for UMTS network deployment using ATM backbone



MultiProtocol Label Switching (MPLS)

cabealhoPPP ou Ethernet

cabealhoIP restante da trama

CabealhoMPLS

rtulo (label) Exp S TTL

20 3 1 5

Comutao de rtulos (labels) multiprotocolo Objectivo inicial: acelerar o encaminhamento IP atravs do uso de

rtulos de comprimento fixo (ao invs de endereo IP) empresta ideias da abordagem de circuitos virtuais (VCs) mas os datagramas ainda mantm o endereo IP



Router com suporte a MPLS

LSR = label-switched router encaminha os pacotes para a

interface de sada baseado apenas no valor do rtulo (no verifica o endereo IP)

a tabela de encaminhamento do MPLS distinta da tab. de encaminhamento do IP

necessrio protocolo de sinaliza-o para criar o encaminhamento

RSVP-TE encaminhamento possvel atravs

de caminhos que o IP sozinho no permitiria

uso de MPLS para realizar engenharia de trfego

co-existe com routers apenas IP



Tabelas de Encami-nhamento MPLS

R1R2

D

R3R4

R50

1

00

A

R6

rtulo rtulo interfaceentr. sada dest sada

6 - A 0


10 6 A 112 9 D 0


10 A 012 D 0

1


8 6 A 0

0

8 A 1



Tecnologias da camada lgica: Virtualizao Reviso



Tecnologias da camada lgica Virtualizao ATM MPLS


ATMArquitectura


Camada ATM Circuitos Virtuais

Clula ATM

Camada Fsica ATM

IP sobre ATM Funcionamento

Exemplo

MultiProtocol LabelSwitching (MPLS)


Tabelas de Encaminhamento MPLS


ATMArquitectura


Camada ATM Circuitos Virtuais

Clula ATM

Camada Fsica ATM

IP sobre ATM Funcionamento

Exemplo

MultiProtocol LabelSwitching (MPLS)


Tabelas de Encaminhamento MPLS

De seguida, em anexo:X.25, Frame Relay, e Carrier Ethernet



X.25 e Frame Relay

Tecnologias de Longa Distncia (como ATM) ambos tambm orientados a Circuito Virtual, como ATM

X.25 foi criado nos anos 70, com o apoio dos Operadores de Telecomunicaes, como resposta tecnologia de datagrama da ARPANET

Frame Relay surgiu da tecnologia RDSI (no final dos anos 80)

Tanto X.25 como Frame Relay podem ser usados para transportar datagramas IP

por isso, so vistos como Camadas de Ligao de Dados pela camada de protocolo IP



X.25

X.25 constri um VC entre origem e destino para cada ligao do utilizador Ao longo do caminho, controlo de erro (com retransmisses) em cada ligao Adicionalmente, em cada VC, controlo de fluxo em cada ligao individual

usando crditos congestionamento a ocorrer em um n intermedirio propaga para a origem atravs da

presso reversa (backpressure) o controle de crdito por fluxo garante a partilha justa Em consequncia, pacotes so entregues de forma fivel e em ordem no destino

Colocar inteligncia na rede fazia sentido nos anos 70 (terminais burros sem TCP)

hoje em dia, TCP e fibra (praticamente livre de erros), favorecem deslocar a inteligncia para a fronteira da rede

adicionalmente, routers Gigabit no suportam custo do processamento X.25

Como resultado, X.25 est a ficar extinto



Frame Relay (FR) Projectado no final dos anos 80 e muito usado nos anos 90

para interligar rede locais de clientes empresariais cliente empresarial aluga servio FR de uma rede pblica de Frame Relay em alternativa, empresa de grandes dimenses pode construir uma rede Frame Relay

particular. Controlo de fluxo extremo a estremo VCs do Frame Relay no usam controlo de erros Cada VC como um tubo carregando trfego agregado entre dois routers



Frame Relay Trama

Frame Relay implementa principalmente VCs permanentes (fluxos agregados) Campo de ID do VC de 10 bits no cabealho da trama Se IP transportado por cima do FR, o ID do VC que corresponde ao endereo IP do

destino procurado na tabela de VCs local Comutador FR apenas descarta tramas com CRC corrompido (o TCP retransmite

nesses casos)



Frame Relay - Controlo da Taxa no VC

CIR = Committed Information Rate: definido para cada VC e negociado na hora de criar o VC

o cliente paga baseado no CIR bit DE = bit de Discard Eligibility no cabealho da trama

bit DE = 0: prioridade alta, trama dentro da taxa combinada; a rede tenta entreg-lo custe o que custar

bit DE = 1: prioridade baixa, trama marcado; a rede descarta-o quando uma ligao fica congestionada

Tipicamente, muitos VCs (um por router de destino) multiplexados num s tronco de acesso

cada VC tem o seu prprio CIR Comutador FR de fronteira mede taxa de trfego para cada VC

marca (i.e. DE 1) as tramas que excedem o CIR (podem ser descartados mais tarde)

Taxa de Acesso: taxa R da ligao de acesso entre router de origem (cliente) e comutador FR de fronteira (fornecedor)

64 kbps < R < 2 Mbps



Frame Relay - Controlo da Taxa (cont)

Fornecedor de Frame Relay quase garante taxa CIR (excepto quando ocorre overbooking)

Sem garantias de atraso, mesmo para trfego de prioridade alta atraso depende em parte do intervalo de medio da taxa, Tc quanto maior Tc, maior irregularidade (mais rajadas) pode ter o trfego

injectado na rede, e maior ser o atraso

Fornecedor Frame Relay deve realizar um estudo cuidadoso de engenharia de trfego antes de comprometer uma CIR, para que possa sustentar seu compromisso e impedir overbooking

CIR de Frame Relay o primeiro exemplo de um modelo de cobrana que depende da taxa de trfego numa rede de pacotes



Carrier (Metro) Ethernet

1992 - less than a million computers

2010 - expected: 10 devices per person = hyperconnectivity

Challenges: Handling massive amounts of

bandwidth Handling more devices more

complex networks Goal:

Increase bandwidth Simplify the networks (for ex.

maintanence, cost issues)

19921992 - less than a million computers

20102010 - expected: 10 10 devicesdevices perper personperson = hyperconnectivityhyperconnectivity

ChallengesChallenges: : Handling massive amounts of

bandwidth Handling more devices more

complex networks GoalGoal::

Increase bandwidth Simplify the networks (for ex.

maintanence, cost issues)

Scalability

100,000s of customers

Reliability

50ms recovery (like SDH) Ethernet Ring Protocol (ERP), created by Nokia Siemens Networks in Portugal

Service Management

Quickly provision new services

Efficient Operations, Administrationand Management (OAM) protocols

Quality of Service

Prioritization, traffic engineering

Scalability

100,000s of customers

Reliability

50ms recovery (like SDH) Ethernet Ring Protocol (ERP), created by Nokia Siemens Networks in Portugal

Service Management

Quickly provision new services

Efficient Operations, Administrationand Management (OAM) protocols

Quality of Service

Prioritization, traffic engineering



DA SA Etype Payload FCS

DA SA Etype VID Etype Payload FCS

DA SA Etype S-VID Etype C-VID Etype Payload FCS

802.1 (Standard Ethernet Frame)

802.1Q(VLAN)

802.1ad(QinQ)

802.1ah(MACinMAC)

Q-TAG

S-TAG C-TAG

6 6 2 4bytes

2 26 6 2 4

46-1500

46-1500

46-15002 22 2 2 46 6

B-DA B-SA Etype B-VID Etype I-SID Payload

B-TAG I-TAGB-MAC

2 22 46 6

bytes

bytes

bytes

Carrier (Metro) EthernetEvolution Towards Carrier Ethernet

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