1

5HGHV�'H�&RPXWDomR

Comutação de CircuitosComutação de Pacotes

5HGHV�GH�&RPXWDomR

• Para transmissão de dados (voz, imagem,texto) em longas distâncias, acomunicação é realizada através de QyVLQWHUPHGLiULRV�GH�FKDYHDPHQWR.

• Esses nós de comutação não sepreocupam com o conteúdo dos dados– fornecem facilidade de chaveamento para

mover dados de um nó a outro, até o destino.

2

5HGH�GH�&RPXWDomR

Dispositivos finais Õestações

Dispositivos de chaveamento Õnós

1yV�GH�&KDYHPHQWR• 1yV podem se conectar a DSHQDV�RXWURV�QyV

(ex: nós 5 e 7)• 1yV podem se conectar a XPD�RX�PDLV

HVWDo}HV�(ex. nós 1,2,3,4 e 6)– além do chaveamento, deve coletar e entregar dados

de/para a estação.

• A FRQH[mR�Qy�D�Qy é geralmente PXOWLSOH[DGD(FDM ou TDM)

• A rede de comunicação é SDUFLDOPHQWHFRQHFWDGD– mas existem conexões redundantes (mais de um

caminho possível para um par fonte-destino)ÕFRQILDELOLGDGH

3

&KDYHDPHQWR�GH�&LUFXLWR

• Estabelece-se um caminho dedicado entreduas estações– recursos de chaveamento e transmissão são

reservados para o uso exclusivo dacomunicação Õtransparência

• Envolve três fases:– Estabelecimento da conexão (circuito)– Transmissão de dados– Término da conexão

Estabelecimento do Circuito:– Antes de se transmitir qualquer dado, deve-se estabelecer

uma conexão fim-a-fim (ex. A Å E);– Cada nó deve possuir capacidade para efetuar roteamento

(através de medidas de custo);– Deve ter um canal livre (FDM ou TDM) para estabelecer a

conexão

Transferência de Dados:– dados são transferidos de forma transparente;– conexão geralmente full-duplex.

Fechamento da Conexão:– realizado por qualquer uma das estações;– o sinal deve passar por todos os nós para desativar os

recursos alocados.

&KDYHDPHQWR�GH�&LUFXLWR

4

&KDYHDPHQWR�GH�&LUFXLWRV

• Ineficiência– A capacidade do canal é alocada para a

duração completa da conexão, mesmo quenenhum dado esteja sendo transmitido;

– existe o atraso para o estabelecimento daconexão.

• Uma vez estabelecida a conexão, atransferência é transparente, a não serpelo atraso de propagação.

• Útil para transferência de dados contínuos(voz) Õ rede pública de telefonia.

3XEOLF�&LUFXLW�6ZLWFKHG�1HWZRUN

5

&KDYH�'LJLWDO�Õ oferece umcaminho transparente entre opar de dispositivos conectados

,QWHUIDFH�Õ contém o hardwarenecessário para conectar osdispositivos digitais.

8QLGDGH�GH�&RQWUROH�Õ

1) estabelece a conexão - geralmente sob demanda; - trata e reconhece o pedido; - determina se o destino está livre para estabelecer o caminho.2) mantém a conexão;3) termina a conexão.

&RPSRQHQWHV�GD�&KDYH

5HGHV�'H�&RPXWDomR

Comutação de Circuitos&RPXWDomR�GH�3DFRWHV

6

0RWLYDomR

• Chaveamento de Circuito foi desenvolvidopara transmissão de voz;

• No caso de transmissão de dados:– A maioria do tempo a conexão de dados está

inativa (“idle”) ÕIneficiência– a taxa de transmissão de dados não é

necessariamente a mesma entre estaçãofonte e destino Õ devido à sua característicade transparência, o chaveamento de circuitopossui uma taxa de dados constante.

2SHUDomR�%iVLFD

• Dados são transmitidos em pequenos pacotes– tipicamente 1000 bytes– mensagens maiores são divididas em uma séries

de pacotes– Cada pacote contém uma SRUomR�GR�GDGR do

usuário, mais LQIRUPDo}HV�GH�FRQWUROH(endereçamento e roteamento).

• Pacotes são UHFHELGRV, DUPD]HQDGRV(buffered) e WUDQVPLWLGRV para o nó seguinte– Store and forward

7

&KDYHDPHQWR�GH�3DFRWHV

9DQWDJHQV• Maior Eficiência

– um link pode ser compartilhado por váriospacotes ao longo do tempo;

– pacotes são colocados na fila e transmitidos omais rápido possível.

• Conversão de Taxa de Dados– Cada estação conecta-se ao nó com a sua

própria velocidade de transmissão

• Não existe problema de bloqueio– ÕPacotes são aceitos mesmo que a rede esteja

ocupada, mas o tempo de entrega aumenta.

• Permite a utilização de prioridade.

8

7pFQLFD�GH�&KDYHDPHQWR

• Estações ³TXHEUDP´ as mensagenslongas (maiores que o limite máximo) empacotes menores.

• 3DFRWHV são enviados pela rede XP�GHFDGD�YH].

• Os pacotes são tratados de duas formas:– Datagrama– Circuito Virtual

'DWDJUDPD

• Cada pacote é tratado de forma LQGHSHQGHQWH;• Cada pacote contém o HQGHUHoR�GH�GHVWLQR;• Calcula-se o URWHDPHQWR�SDUD�FDGD�SDFRWH;• Pacotes podem percorrer FDPLQKRV�GLIHUHQWHV;• Pacotes podem chegar fora de ordem;• Pacotes podem QmR�FKHJDU�DR�GHVWLQR (falha

em um nó);• A HVWDomR�UHFHSWRUD deve UHRUGHQDU os

pacotes e tratar as possíveis IDOKDV.

9

&LUFXLWR�9LUWXDO

• Estabelece-se uma URWD�IL[D (FLUFXLWR�YLUWXDO)antes de enviar pacotes de dados– utiliza pacotes de controle -&DOO�UHTXHVW e &DOO

DFFHSW - para estabelecer a FRQH[mR�OyJLFD

• Após o estabelecimento, cada pacote contém oLGHQWLILFDGRU�GR�FLUFXLWR�YLUWXDO, ao invés doendereço da destinatária;

• 1mR�H[HFXWD�R�URWHDPHQWR para cada pacote;• Utiliza &OHDU�UHTXHVW para terminar a conexão;• 1­2�WHP�XP�FDPLQKR�GHGLFDGR.

&LUFXLWR�9LUWXDOA Bnó 4 nó 6

DATA

Estabelecimentode conexão

Transferênciade dados

Términoda conexão

call request

(B,x)

call connected (x)

(x) (y)

Incoming call (A,y)

call accepted (y)

clear request (x)

clear indication

(y)

clear confirmation

(y)

clear confirmation

(x)

10

&LUFXLWR�9LUWXDO�[�'DWDJUDPD

• Circuito Virtual– Mantém sequenciamento e controle de erro– Pacotes são enviados mais rapidamente

• Não precisa de efetuar roteamento

– Não responde a congestionamento– Menos confiável

• Perda de um nó afeta todos os circuitos virtuaisque passavam por aquele nó.

• Datagrama– Não precisa estabelecer conexão

• Mais eficiente para poucos pacotes

– Mais flexível• Evita congestionamento

7DPDQKR�GRV3DFRWHV

Circuito Virtual entreestações�; e�<, através

dos nós D e b

Mensagem = 40 bytesHeader = 3bytes

43 x 3 = 129 bytes

23 x 4 = 92 bytes

11 x 7 = 77 bytes

7 x 12 = 84 bytes

11

&RPXWDomR�&LUFXLWR�[�3DFRWH

• Desempenho– Atraso de Propagação

• tempo para um sinal se propagar de um nó para opróximo Õgeralmente desprezível.

– Tempo de Transmissão• tempo para o transmissor enviar todo o pacote

– Atraso no Nó de Comutação• tempo para o nó executar o processamento

necessário para executar o chaveamento dopacote.

12

2SHUDomR�,QWHUQD�[�([WHUQD• Interface entre a estação e o nó de comutação:

– 2ULHQWDGR�j�&RQH[mR�• Estação solicita uma conexão lógica(virtual circuit)• Todos os pacotes são identificados como pertencentes à

conexão e são sequencialmente numerados• A rede entrega os pacotes em sequênciaÕExternal virtual circuit service: ex. X.25• Diferente da operação interna de circuito virtual.

– 6HP�&RQH[mR��³&RQQHFWLRQOHVV´�• Pacotes são manipulados independentementeÕExternal datagram service• Diferente da operação interna de datagrama

13

&RPELQDo}HV����

• Circuito Virtual (CV) Externo e interno– Rota dedicada através da rede de comunicação

• CV Externo, datagrama interno– Rede internamente manipula cada pacote

separadamente;– Pacotes de um mesmo circuito virtual externo

podem percorrer rotas internas diferentes;– A rede armazena no nó de comutação de

destino para a reordenação.

&RPELQDo}HV����

• Datagrama Externo e interno– Pacotes são tratados independentemente,

tanto pela rede quanto pelo usuário.

• Datagrama Externo e CV Interno– Usuário externo não utiliza qualquer conexão;– Usuário externo envia um pacote de cada

vez;– Rede estabelece uma conexão lógica.

14

2SHUDomR�([WHUQD&9�H�'DWDJUDPD

Circuito Virtual Externo Õconexão lógica éestabelecida entre as duas estações finais. Ospacotes possuem o número do CV e umnúmero de sequência.

Datagrama Externo Õ Cada pacote é transmitido independentemente.Pacotes possuem um endereço de destino e podem chegar fora de ordem.

2SHUDomR�,QWHUQD&9�H�'DWDJUDPD

Circuito Virtual Interno Õuma rota entre duas estações é estabelecidaentre as duas estações. Todos os pacotes seguem esta rota.

Datagrama Interno Õ Cada pacote é tratado independentemente pelarede. Pacotes contêm o endereço da estação destinatária e podemchegar fora de sequência no nó de destino.

15

(VFROKD�&9�[�'DWDJUDPD

– Datagrama externo e interno permite o usomais eficiente da rede.

• Não tem estabelecimento de conexão.• Importante para aplicações de tempo real.

– Circuito Virtual externo fornecesequenciamento e controle de erro fim-a-fim

• serviço atraente para aplicações orientadas aconexão, tais como transferência de arquivo eacesso a terminal remoto.

5RWHDPHQWR• Um dos aspectos mais FRPSOH[RV e FUXFLDLV das

redes de comutação de pacotes• Requerimentos para o Roteamento:

– Correção– Simplicidade– Robustez x Estabilidade Õ diz respeito à capacidade da

rede de HQWUHJDU�RV�SDFRWHV�QD�SUHVHQoD�GH�IDOKDV�HFRQJHVWLRQDPHQWR, sem provocar instabilidade, isto é,congestão em outro local, deixando o inicial sub-utilizado.

– Justeza x Desempenho Ótimo Õ o critério de desempenhonão deve LQLELU�TXH�HVWDo}HV�GLVWDQWHV�VH�FRPXQLTXHP,ao objetivar o aumento do throughput.

– Eficiência Õ o overhead do pacote e do processamento nãodeve prejudicar o desempenho (EHQHItFLR�!�RYHUKHDG).

16

5RWHDPHQWR

'LPHQV}HV�GD�WDUHID�GH�5RWHDPHQWR�

– Critério de Desempenho– Instante da Decisão– Local da Decisão– Estratégia de Roteamento– Fonte de Informação– Freqüência de Atualização

5RWHDPHQWR

'LPHQV}HV�GD�WDUHID�GH�5RWHDPHQWR�

– Critério de Desempenho Õ o algoritmo deroteamento necessita de um critério dedesempenho para selecionar a melhor rota.

– Baseia-se em:• Número de hops (nós intermediários);• Mínimo Custo do link (algoritmos “least-cost routing”);

17

5RWHDPHQWR&XVWR�GDV�5RWDV� Mínimo número de hops de 1a 6 Õ 1-3-6

Mínimo custo de 1 a 6 Õ 1-4-5-6

Custo Õ taxa de dados;atraso da fila.

5RWHDPHQWR

'LPHQV}HV�GD�WDUHID�GH�5RWHDPHQWR�

– Instante da Decisão Õ determina se oroteamento é executado a cada pacote(datagrama) ou por circuito virtual.

– Local da Decisão Õ determina que nós sãoresponsáveis por realizar o roteamento.

• Roteamento distribuído; centralizado; estação fonte.

Cada nó é responsávelpor selecionar umdeterminado link desaída para os pacotes.

Um nó específico éresponsável porexecutar o roteamento

A decisão da rota érealizada pelaestação fonte.

18

5RWHDPHQWR

'LPHQV}HV�GD�WDUHID�GH�5RWHDPHQWR�

– Estratégia de Roteamento Õ pode ser de váriostipo:

• Fixa;• Enchente (“Flooding”);• Aleatória (“Random”);• Adaptativa.

5RWHDPHQWR

'LPHQV}HV�GD�WDUHID�GH�5RWHDPHQWR�

– Fonte de Informação Õ geralmente o cálculo doroteamento necessita de informações da rede,como topologia, tráfego, custo do link.Exceções: “flooding” e “random”.

• Nenhuma, local, nós adjacentes, todos os nós.

– Freqüência de Atualização Õ é função da fontede informação e da estratégia de roteamento.

• Mudança de Topologia (estratégia fixa); Contínua(informação local); periódica (adaptativa).

19

(VWUDWpJLDV�GH�5RWHDPHQWR

• Fixa• “Flooding”• “Random”• Adaptativa

5RWHDPHQWR�)L[R• Um rota única, SHUPDQHQWH, é estabelecida

para cada par fonte-destino.

• Utiliza um dos algoritmos de mínimo custo�³OHDVW�FRVW�URXWLQJ�DOJRULWKPV´� paradeterminar a rota.– Como o roteamento é fixo, o cálculo é

baseado apenas em FULWpULRV�HVWiWLFRV(capacidade do canal, distância, etc)

• A URWD�SHUPDQHFH�D�PHVPD, a não serdevido a mudanças na topologia da rede.

• Não há diferença entre datagrama e circuitovirtual.

20

7DEHODV�GH5RWHDPHQWR�)L[R

9DQWDJHP Õ simplicidade.Funciona bem em redesconfiáveis, com tráfego estável.

'HVYDQWDJHP Õ falta deflexibilidade pois nãoreage a congestionamentoou falhas.

Ï

tabela alternativa(ex: nó 1 = {4, 3, 2, 3, 3}

5RWHDPHQWR�SRU�(QFKHQWH• 1mR�UHTXHU�LQIRUPDomR da rede.

• Em cada nó, R�SDFRWH que chega pWUDQVPLWLGR�SDUD�WRGRV�RV�QyV�YL]LQKRV,exceto para o vizinho que enviou o pacoteoriginalmente.

• 9iULDV�FySLDV de um mesmo pacotechegarão ao destino Õo pacote deve possuirum LGHQWLILFDGRU para descartar duplicatas.

• Deve possuir mecanismo para evitarretransmissões infinitas ÕFRQWDGRU�FRP�onúmero�Pi[LPR�GH�OLQNV existentes na rede.

21

5RWHDPHQWR�SRU�(QFKHQWH3URSULHGDGHV�GH�5RWHDPHQWR�SRU�(QFKHQWH�

– Todas as rotas entre fonte e destino sãotestadas Õ não importa que uma falha tenhaocorrido, o pacote irá chegar ao destino, desdeque exista pelo menos uma rota ativa.

• ROBUSTEZ: mensagens de alta prioridade.

– Como todas as rotas são testadas, pelo menosum pacote chegará pela rota de custo mínimo

• Pode ser usado para estabelecer o circuito virtual.

– Todos os nós conectados direta ouindiretamente ao nó fonte são visitados

• usado para disseminar informações importantes (por exemplo, informação de roteamento).

22

5RWHDPHQWR�$OHDWyULR• Possui a simplicidade e robustez do

“flooding”, mas com menor tráfego:– Cada nó seleciona apenas um link de saída

para a retransmissão do pacote.– A seleção pode ser aleatória, baseada em

probabilidade, ou em round robin Pi = prob. De selecionar link i Ri = data rate no enlace i

– Também não necessita de informações da rede– A rota não é de custo mínimo nem de menor

tamanho.

∑=

��

��

5

53

• Utilizado pela maioria das redes de comutaçãode pacotes;

• O resultado do roteamento muda de acordo comas condições da rede:– Falha– Congestionamento

• Necessita de informações do estado da rede:– Local Õ rotea pelo link com menor fila (4) ou

pondera por um bias (% � ) para cada destino L;• Raramente utilizado por não explorar informação disponível.

– Nós adjacentes Õ utilizam informação que cada nó– Todos os nós tem sobre seus atrasos e filas.

5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR

23

5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR��,QIRUPDomR�/RFDO��

Pacote destinadoao nó 6

Tabela de Biasdo nó 4 paradestino nó 6

• Desvantagens:– Processo de decisão mais complexo;– Compromisso entre a qualidade da

informação e o overhead gerado para obtê-la;– Reação pode ser muito rápida Õ oscilações;– Reação muito lenta Õ processo irrelevante.

• Vantagens:– pode aumentar o desempenho da rede;– ajuda no controle de congestionamento.

5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR

24

([HPSOR�5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR��$53$1(7��

• Primeira Versão: 1969– Roteamento GLVWULEXtGR

• utiliza informação dos QyV�DGMDFHQWHV.

– Critério de desempenho baseado na HVWLPDWLYD

GH�DWUDVR;– utiliza algoritmo de roteamento %HOOPDQ�)RUG;

• Desvantagens:– Não considera a velocidade do link, somente o

atraso na fila;– O tamanho da fila varia rapidamente, podendo

alterar a rota mínima enquanto o pacote estiver narota Õ pacote fica circulando sem chegar aodestino.

([HPSOR�5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR��$53$1(7��

• Algoritmo Primeira Versão:– Periodicamente (128 ms), cada nó troca o vetor de

atraso com todos os seus nós vizinhos.

=

� �

�

�

G

G

'.

.1

=

� �

�

�

V

V

6.

.1

Onde:' � = vetor de atraso do nó LG � � = atraso mínimo estimado do nó�L para o nó�M

N = número de nós na rede6 � = vetor de nós sucessores do nó�L

V � � �= próximo nó na rota mínima atual do nó�L para o nó M

25

([HPSOR�5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR��$53$1(7��

• Algoritmo Primeira Versão:– Baseado nos vetores de atraso (' � ), um certo Qy�N

atualiza os seus vetores da seguinte forma:

Onde:$ = conjunto de nós vizinhos do nó NO � � = atraso na fila do nó N para o nó L

[ ]LMNL$L

NM GOPtQG +=∈

LVNM = onde L minimiza a expressão anterior.

([HPSOR�5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR��$53$1(7��

• Exemplo:

l1,2=2l1,3=5l1,4=1

Configuração atual devetores para o nó 1

Nova configuração devetores para o nó 1

26

5RWHDPHQWR�$GDSWDWLYR���$53$1(7��

• Segunda Versão: 1979– Roteamento GLVWULEXtGR�Õ informação de WRGRV�RV�QyV.– Critério de desempenho baseado em DWUDVR;– O DWUDVR é medido diretamente:

• o pacote, ao chegar, recebe um label com o instante dachegada (tchegada);

• ao sair, recebe um label com o instante de saída (tsaída);• quando recebe ACK, o atraso é calculado como: tsaída - tchegada + tprop + ttransm

– A cada 10 segundos, cada nó computa o atraso paracada link de saída. Caso tenha diferenças significativas,envia por )ORRGLQJ, a informação para TODOS os nós;

– utiliza algoritmo de roteamento 'LMNVWUD;

$OJRULWPR�'LMNVWUD

– Ache o FDPLQKR�GH�FXVWR�PtQLPR de um certoQy�IRQWH, construindo caminhos na RUGHPFUHVFHQWH�GH�FRPSULPHQWR�

– No N�pVLPR�SDVVR, o PHOKRU�FDPLQKR para osN�QyV�FRP�FXVWR�PHQRU� a partir do nó fonte, MiIRUDP�GHWHUPLQDGRV.

27

$OJRULWPR�'LMNVWUD– Inicialização:

• T = {s} conjunto de nós incorporados consiste apenas do nó fonte;

• L(n) = w(i,j) n≠s

– Incorporação de novo nó Õ Ache um nó, ainda nãoincorporado a T, que possua custo mínimo do nós s e oincorpore em T.

• Ache x ∉T tal que L(x) = mín L(j)

– Atualize os valores de custo:• L(n) = mín [L(n), L(x) + w(x,n)] para todo n ∉T

Onde: N = número de nós na redes = nó fonteT = conjunto de nós já incorporados pelo algoritmow(i,j) = custo direto entre os nós i e jL(n) = custo até o momento do nó s para o nó n

$OJRULWPR�'LMNVWUD

28

$OJRULWPR�'LMNVWUD

$OJRULWPR�%HOOPDQ�)RUG

– Ache o FDPLQKR�GH�FXVWR�PtQLPR� a partir deum certo Qy�IRQWH, sujeito à restrição que ocaminho FRQWHQKD�QR�Pi[LPR�XP�OLQN; emseguida, ache o FDPLQKR�GH�FXVWR�PtQLPRcom a UHVWULomR�GH�QR�Pi[LPR�GRLV�OLQNV; eassim sucessivamente.

29

$OJRULWPR�%HOOPDQ�)RUG

– Inicialização:• L0(n) = ∞, para todo n≠s• Lh(s) = 0, para todo�K

– Atualização:• Para cada valor sucessivo de h ≥ 0:

• Para cada n≠s, compute:• Lh+1(n) = mín [Lh(j) + w(j,n)] j

Onde: h = máximo número de links em um estágio do algoritmos = nó fontew(i,j) = custo direto entre os nós L e�M

Lh(n) = custo mínimo do caminho entre o nó V e o nó�Q, sujeito à restrição de no máximo K�links.

$OJRULWPR�%HOOPDQ�)RUG

30

$OJRULWPR�%HOOPDQ�)RUG