rdredes de cdc omputadores - netlabnetlab.ulusofona.pt/rc/teoricas/rc2012-05-link.pdf · resumo dos...
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R d d C dRedes de Computadores
Niacutevel LigaccedilatildeoNiacutevel Ligaccedilatildeo
E ordf I f aacutetiEngordf Informaacutetica
2ordm Semestre 201011
Prof Joseacute Rogadojose dot rogado at ulusofona dot pt
Universidade Lusoacutefona
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐1
0 Niacutevel Ligaccedilatildeo
ObjectivosCompreender os princiacutepios e serviccedilos do Niacutevel LigaccedilatildeoCompreender os princiacutepios e serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Partilha de um canal em broadcast acesso muacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel ligaccedilatildeo
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Exemplos e implementaccedilotildees de vaacuterios protocolos do iacute l lniacutevel ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-2
Niacutevel Ligaccedilatildeo
Introduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel li atilde
Virtualizaccedilatildeo de LigaccedilotildeesATM
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-3
Niacutevel Ligaccedilatildeo IntroduccedilatildeoTerminologia
Noacutes hosts e routers
Ligaccedilotildees meios fiacutesicos que interligam os noacutes adjacentes ao longo de um trajecto
Ligaccedilotildees por cabos
Ligaccedilotildees sem fios
LANsLANs
O pacote de niacutevel 2 (ligaccedilatildeo) designa‐se por frame e encapsula o datagrama
O niacutevel ligaccedilatildeo transfere datagramas de um noacute para o seguinte atraveacutes do meio fiacutesico que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐4
que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo contextoOs datagramas podem ser transferidos por diferentes protocolos atraveacutes de diferentes ligaccedilotildees ao longo de uma rota
Ex Ethernet na primeira ligaccedilatildeo atm em ligaccedilotildees intermeacutedias e 80211 no uacuteltimo troccediloccedil
Cada protocolo de ligaccedilatildeo fornece serviccedilos de natureza distinta
Pode ou natildeo fornecer controlo de dados fiaacutevel a niacutevel da ligaccedilatildeo
Analogia com transportes de passageirosViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroCada troccedilo utiliza meios fiacutesicos e modos de locomoccedilatildeo distintosColaboram com o objectivo de levar passageiros de um ponto a outro
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-5
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
0 Niacutevel Ligaccedilatildeo
ObjectivosCompreender os princiacutepios e serviccedilos do Niacutevel LigaccedilatildeoCompreender os princiacutepios e serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Partilha de um canal em broadcast acesso muacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel ligaccedilatildeo
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Exemplos e implementaccedilotildees de vaacuterios protocolos do iacute l lniacutevel ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-2
Niacutevel Ligaccedilatildeo
Introduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel li atilde
Virtualizaccedilatildeo de LigaccedilotildeesATM
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-3
Niacutevel Ligaccedilatildeo IntroduccedilatildeoTerminologia
Noacutes hosts e routers
Ligaccedilotildees meios fiacutesicos que interligam os noacutes adjacentes ao longo de um trajecto
Ligaccedilotildees por cabos
Ligaccedilotildees sem fios
LANsLANs
O pacote de niacutevel 2 (ligaccedilatildeo) designa‐se por frame e encapsula o datagrama
O niacutevel ligaccedilatildeo transfere datagramas de um noacute para o seguinte atraveacutes do meio fiacutesico que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐4
que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo contextoOs datagramas podem ser transferidos por diferentes protocolos atraveacutes de diferentes ligaccedilotildees ao longo de uma rota
Ex Ethernet na primeira ligaccedilatildeo atm em ligaccedilotildees intermeacutedias e 80211 no uacuteltimo troccediloccedil
Cada protocolo de ligaccedilatildeo fornece serviccedilos de natureza distinta
Pode ou natildeo fornecer controlo de dados fiaacutevel a niacutevel da ligaccedilatildeo
Analogia com transportes de passageirosViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroCada troccedilo utiliza meios fiacutesicos e modos de locomoccedilatildeo distintosColaboram com o objectivo de levar passageiros de um ponto a outro
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-5
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel Ligaccedilatildeo
Introduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel li atilde
Virtualizaccedilatildeo de LigaccedilotildeesATM
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-3
Niacutevel Ligaccedilatildeo IntroduccedilatildeoTerminologia
Noacutes hosts e routers
Ligaccedilotildees meios fiacutesicos que interligam os noacutes adjacentes ao longo de um trajecto
Ligaccedilotildees por cabos
Ligaccedilotildees sem fios
LANsLANs
O pacote de niacutevel 2 (ligaccedilatildeo) designa‐se por frame e encapsula o datagrama
O niacutevel ligaccedilatildeo transfere datagramas de um noacute para o seguinte atraveacutes do meio fiacutesico que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐4
que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo contextoOs datagramas podem ser transferidos por diferentes protocolos atraveacutes de diferentes ligaccedilotildees ao longo de uma rota
Ex Ethernet na primeira ligaccedilatildeo atm em ligaccedilotildees intermeacutedias e 80211 no uacuteltimo troccediloccedil
Cada protocolo de ligaccedilatildeo fornece serviccedilos de natureza distinta
Pode ou natildeo fornecer controlo de dados fiaacutevel a niacutevel da ligaccedilatildeo
Analogia com transportes de passageirosViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroCada troccedilo utiliza meios fiacutesicos e modos de locomoccedilatildeo distintosColaboram com o objectivo de levar passageiros de um ponto a outro
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-5
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel Ligaccedilatildeo IntroduccedilatildeoTerminologia
Noacutes hosts e routers
Ligaccedilotildees meios fiacutesicos que interligam os noacutes adjacentes ao longo de um trajecto
Ligaccedilotildees por cabos
Ligaccedilotildees sem fios
LANsLANs
O pacote de niacutevel 2 (ligaccedilatildeo) designa‐se por frame e encapsula o datagrama
O niacutevel ligaccedilatildeo transfere datagramas de um noacute para o seguinte atraveacutes do meio fiacutesico que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐4
que os liga
Niacutevel Ligaccedilatildeo contextoOs datagramas podem ser transferidos por diferentes protocolos atraveacutes de diferentes ligaccedilotildees ao longo de uma rota
Ex Ethernet na primeira ligaccedilatildeo atm em ligaccedilotildees intermeacutedias e 80211 no uacuteltimo troccediloccedil
Cada protocolo de ligaccedilatildeo fornece serviccedilos de natureza distinta
Pode ou natildeo fornecer controlo de dados fiaacutevel a niacutevel da ligaccedilatildeo
Analogia com transportes de passageirosViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroCada troccedilo utiliza meios fiacutesicos e modos de locomoccedilatildeo distintosColaboram com o objectivo de levar passageiros de um ponto a outro
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-5
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel Ligaccedilatildeo contextoOs datagramas podem ser transferidos por diferentes protocolos atraveacutes de diferentes ligaccedilotildees ao longo de uma rota
Ex Ethernet na primeira ligaccedilatildeo atm em ligaccedilotildees intermeacutedias e 80211 no uacuteltimo troccediloccedil
Cada protocolo de ligaccedilatildeo fornece serviccedilos de natureza distinta
Pode ou natildeo fornecer controlo de dados fiaacutevel a niacutevel da ligaccedilatildeo
Analogia com transportes de passageirosViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroViagem Lisboa‐Paris taacutexi aviatildeo autocarroCada troccedilo utiliza meios fiacutesicos e modos de locomoccedilatildeo distintosColaboram com o objectivo de levar passageiros de um ponto a outro
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-5
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Relaccedilatildeo Rede lt‐gt Ligaccedilatildeo
Rede
Transporte
Ligaccedilatildeo
FiacutesicoFiacutesico
(a) Comunicaccedilatildeo Virtual(b) Comunicaccedilatildeo Real
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-6
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo
Framing e Acesso ao meioEncapsulamento do datagrama numa frame (trama) adicionando o header (cabeccedilalho)
Se o meio for partilhado gerir acesso ao canal atraveacutes de um protocolo de Medium Access Control (MAC)protocolo de Medium Access Control (MAC)
Entrega fiaacutevel de dados entre noacutes adjacentesVimos como se implementa fiabilidade no niacutevel transportep p
Pouco utilizado em meios fiacutesicos com baixas taxas de erro (fibra Shielded Twisted Pair)
R l li otilde fi d l dRelevante em ligaccedilotildees sem fios com taxas de erro elevadas
bull Correcccedilatildeo ao niacutevel ligaccedilatildeo para evitar retransmissotildees
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-7
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Framing no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Relaccedilatildeo entre Pacotes e Frames
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-8
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Serviccedilos do Niacutevel Ligaccedilatildeo (cont)
Controle de FluxoSincronizaccedilatildeo de taxa de emissatildeo em funccedilatildeo das capacidades de receptor (frame buffering etc ) para evitar perca de tramasreceptor (frame buffering etc) para evitar perca de tramas
Detecccedilatildeo de ErrosErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalErros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e de ruiacutedo no canalO receptor detecta a presenccedila de erros e pode sinalizar o facto ao emissor para pedir retransmissatildeo
Correcccedilatildeo de ErrosO receptor identifica e corrige erros sem pedir retransmissatildeo da frame
Full‐duplex e Half‐duplexEmissatildeo e recepccedilatildeo simultacircnea (ou natildeo) de tramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-9
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Comunicaccedilatildeo entre adaptadores
O niacutevel ligaccedilatildeo eacute geralmente implementado num ldquoadaptadorrdquod l d dDenominado placa de rede
Ex Placas Ethernet 80211 hellip
O adaptador funciona de forma semi‐autoacutenoma
Implementa os niacuteveis ligaccedilatildeo e fiacutesico
EmissorEncapsula o datagrama numa trama
Junta bits de detecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
ReceptorDetecccedilatildeo de erros rdt controle de fluxo etc
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-10
ccedil
Extrai o datagrama e passa‐o ao noacute de recepccedilatildeo
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-11
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Ligaccedilotildees e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Existem dois tipos de ldquoligaccedilotildeesrdquoPonto‐a‐ponto
Par uacutenico emissor receptorPar uacutenico emissor‐receptorbull PPP em acesso comutado
BroadcastCabo ou meio partilhado por vaacuterios emissores e receptoresbull Ethernet tradicional (IEEE 8023)
bull LAN WiFi sem fios (IEEE 80211)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-12
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Caracteriacutesticas do Acesso Muacuteltiplo
Uacutenico canal de difusatildeo partilhado
Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes f ecircinterferecircncias
Existem colisotildees se o noacute recebe dois ou mais sinais ao mesmo tempo
N id d d t l d i (MAC)Necessidade de um protocolo de acesso ao meio (MAC)
Algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes partilham o canal i e quando um noacute pode transmitircanal ie quando um noacute pode transmitir
Comunicaccedilatildeo acerca da partilha do canal deve utilizar o proacuteprio canalcanal
natildeo existe canal ldquoout‐of‐bandrdquo para coordenaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-13
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos MAC
MAC Medium Access Control ‐ trecircs classes geneacutericas
Partilha do CanalDivide‐se a capacidade do canal em fracccedilotildees (slots de tempo frequecircncia coacutedigo)
d f atilde eacute ib iacuted agrave i atilde l i d i oacuteCada fracccedilatildeo eacute atribuiacuteda agrave comunicaccedilatildeo exclusiva entre dois noacutes
Acesso AleatoacuterioO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acessoO canal natildeo eacute dividido sendo permitidas colisotildees de acesso
Eacute necessaacuterio um protocolo para gerir as colisotildees
Atribuiccedilatildeo por TurnosAtribuiccedilatildeo por TurnosOs noacutes emitem por turnos
Os noacutes com mais dados para enviar podem tomar turnos mais longos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-14
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos de Partilha de canal TDMATDMA ti di i i lti lTDMA time division multiple access
Baseado em TDM (Time Division Multiplexing)Acesso ao canal por ldquoturnosAcesso ao canal por turnos
Cada noacute obteacutem um slot de comprimento fixo (comprimento = tempo de transmissatildeo de pacotes) em cada turno
Slots natildeo utilizados vatildeo vazios
Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vaziosvazios
Protocolo justo pois atribui a mesma taxa a cada noacute
l i fi i oacute li iProtocolo ineficiente com poucos noacutes e com carga ligeira
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-15
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos de Partilha de canal FDMAFDMA frequency division multiple accessFDMA frequency division multiple access
Baseado em FDM (Frequency Division Multiplexing)Espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
A cada noacute eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciaBandas de frequecircncia natildeo utilizadas desperdiccediladasExemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6Exemplo LAN com 6 noacutes os slots 134 transmitem os slots 2 5 e 6 vatildeo vazios
snc
y ba
nds
freq
uen
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-16
Mesmos comentaacuterios que no TDM relativamente agrave eficaacutecia
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando um noacute tem pacotes para enviarTransmite dados agrave velocidade total R do canal
Natildeo existe coordenaccedilatildeo agrave priori entre os noacutes
Dois ou mais noacutes a transmitir colisotildeesUm protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
Como detectar colisotildees
Como recuperar de colisotildees (ie atraveacutes de retransmissotildees retardadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioExemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioslotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-17
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolo Slotted ALOHA
PressupostosTodas as frames tecircm o mesmo
Modo de OperaccedilatildeoQuando um noacute quer enviar uma
tamanho
O tempo eacute dividido em slots de igual comprimento
nova frame transmite‐a no proacuteximo slot
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode igual comprimento correspondendo ao tempo de transmissatildeo de 1 frame
O oacute i i i t i atilde d
Se natildeo existir colisatildeo o noacute pode enviar nova frame no slot seguinte
Se existir colisatildeo o noacute tenta retransmitir a frame em cada slotOs noacutes iniciam a transmissatildeo das
frames apenas no iniacutecio dos slots
Os noacutes estatildeo sincronizados
retransmitir a frame em cada slot seguinte depois de um intervalo aleatoacuterio de tempo de paragem ateacute
Se 2 ou mais noacutes transmitem no mesmo slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
obter sucesso
Sendo diferente o intervalo para cada noacute existe uma probabilidade detectam a colisatildeo pbaixa de haver colisatildeo na frame seguinte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-18
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Slotted ALOHA
Proacutes
Um uacutenico noacute activo pode transmitir continuamente a toda a velocidade
Contras
Colisotildees desperdiacutecio de slots
Sl t icontinuamente a toda a velocidade do canal
Descentralizado os noacutes funcionam
Slots vazios
Os noacutes tecircm de detectar uma colisatildeo num tempo inferior ao da
de forma independente
Simplestransmissatildeo de um pacote
Reloacutegios siacutencronos para sincronizaccedilatildeo dos slots
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-19
sincronizaccedilatildeo dos slots
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Modo de Operaccedilatildeo
Escutar antes de transmitir
Se o canal escutado estaacute livre transmitir toda a frame
Se o canal escutado estiver ocupado retardar a transmissatildeo um intervalo de tempo aleatoacuterio
Analogia Humana Natildeo interromper os outros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-20
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Colisotildees no CSMA
Ainda podem existir colisotildees O facto de existir atraso na
spatial layout of nodes
propagaccedilatildeo do sinal implica que dois noacutes podem natildeo detectar as transmissotildees um do outro a tempo transmissotildees um do outro a tempo e comeccedilar a emitir provocando colisatildeoN tNotaA probabilidade de colisatildeo depende da distacircncia entre noacutes e
Em caso de colisatildeo
pdo tempo de propagaccedilatildeo
O tempo de transmissatildeo de todo o pacote eacute desperdiccedilado pois os noacutes natildeo detectam a colisatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-21
noacutes natildeo detectam a colisatildeo
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
CSMACD (Collision Detection)
CSMACD escuta a portadora detecta colisotildees e volta a emitir passado um intervalo de tempo aleatoacuteriopassado um intervalo de tempo aleatoacuterio
As colisotildees podem ser detectadas num curto intervalo de tempo
As transmissotildees que colidem satildeo imediatamente abortadas reduzindo o desperdiacutecio da capacidade do canal
Detecccedilatildeo de colisotildeesFaacute il LAN bl d d i t id d d i lFaacutecil em LANs cabladas mede‐se a intensidade do sinal compara‐se o sinal transmitido com o recebido
Impossiacutevel em LANs sem fios o receptor fica inactivo enquanto o p p qemissor transmite
Analogia humana o interlocutor educado
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-22
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
CSMACD Diagrama Temporal
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-23
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Protocolos de Acesso por Turnos
Protocolos MAC de multiplexagem de canal
Partilham o canal de forma eficiente e justa em situaccedilatildeo de carga elevada
Ineficaz em baixa carga atraso no acesso ao canal soacute 1N da largura de banda eacute utilizada mesmo se apenas um noacute estaacute activo
P t l MAC d l toacute iProtocolos MAC de acesso aleatoacuterio
Eficientes para cargas baixas um uacutenico noacute pode utilizar a largura de banda total do canala largura de banda total do canal
Carga elevada excesso de colisotildees
Protocolos de Acesso por T rnosProtocolos de Acesso por Turnos
Juntam as vantagens dos dois tipos anteriores
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-24
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Tipos de Protocolos de Acesso por Turnos
Polling (amostragem)
Um noacute (master) autoriza oacute ( l )
Passagem de Token (testemunho)Um token de acesso eacute passado
i l d oacute os outros noacutes (slaves) a transmitir no seu turno
Inconvenientes
sequencialmente de um noacute ao seguinteO t k n eacute m f m sp i lInconvenientes
Overhead associado ao polling
O token eacute uma frame especialInconvenientes
Overhead associado ao tokenp g
Ponto uacutenico de falha (noacute master)
Overhead associado ao tokenPonto uacutenico de falha (token)
ExemplosToken Ring
Exemplos802 16 (WCOPP) g
FDDI80216 (WCOPP)
Wireless Connection OrientedPolling Protocol
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-25
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Resumo dos protocolos MAC
Como utilizar um meio partilhado
Partilha do canal no tempo em frequecircncia ou por coacutedigo p q p gDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia Codificaccedilatildeo
Partilha aleatoacuteria (dinacircmica) ALOHA S‐ALOHA CSMA CSMACD
Carrier Sensing faacutecil em algumas tecnologias (cabos) difiacutecil t ( fi )noutras (sem fios)
CSMACD utilizado na Ethernet
CSMACA utilizado em 80211CS C ut ado e 80
Acesso por TurnosPolling a partir de um noacute central
Passagem de token
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-26
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
MACndash Meacutetodos de Acesso
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-27
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
IEEE 8022 Logical Link ControlO Acesso do niacutevel Rede ao niacutevel MAC eacute feito por uma camada intermeacutedia que esconde as particularidades dos diferentes protocolos de acessodiferentes protocolos de acesso
LLC - Logical Link Control
(a) Posicionamento do LLC (b) Encapsulamento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-28
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Modelo para Redes Locais Standard ISO IEC 8802
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-29
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Standards IEEE 802
Os grupos de trabalho IEE 802 Os mais importantes estatildeo assinalados com Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-30
Os assinalados com estatildeo em hibernaccedilatildeo Os assinalados com dagger estatildeo extintos
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-31
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Endereccedilamento no Niacutevel Ligaccedilatildeo
Endereccedilo IP 32‐bitsEndereccedilamento de niacutevel redeEndereccedilamento de niacutevel rede
Necessaacuterio para encaminhar um datagrama agrave rede IP de destino
E d MAC (LAN fiacute i Eth t)Endereccedilo MAC (LAN fiacutesico ou Ethernet)Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
N aacute i i h f d i t f tNecessaacuterio para encaminhar a frame de uma interface para outra interface que lhe estaacute ligada fisicamente na mesma rede
O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs)O endereccedilo MAC tem 48 bits (na maioria das LANs) e estaacute armazenado na ROM do adaptador
Notaccedilatildeo hexadeximal 6bytes com separador (ndash ou )
bull Ex 5823D7FA20B0
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-32
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Caracteriacutesticas dos Endereccedilos MAC
A atribuiccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pela IEEE
Um fabricante compra uma parte do endereccedilo MAC para assegurar a i id d dunicidade do mesmo
Analogia
(a) endereccedilo MAC N ordm Seguranccedila Social(a) endereccedilo MAC Nordm Seguranccedila Social
(b) endereccedilo IP endereccedilo postal
O espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia deO espaccedilo de endereccedilamento MAC eacute linear garantia de portabilidade
Pode‐se mover uma placa LAN de uma LAN para outra mantendo o mesmo endereccedilo MAC
Os endereccedilos IP hieraacuterquicos NAtildeO satildeo portaacuteveis
Dependem da sub rede IP a que estatildeo ligadasDependem da sub rede IP a que estatildeo ligadas
Noccedilatildeo de localidade
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-33
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Endereccedilos MACCada adaptador numa LAN tem um uacutenico endereccedilo MAC
Endereccedilo de Broadcast =1A-2F-BB-76-09-ADFF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptadorLAN
(wired orwireless)
58-23-D7-FA-20-B071-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-34
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ARP Address Resolution Protocol
Todos os noacutes IP (Hosts Routers)
numa LAN tecircm uma tabela ARP
Como determinar o endereccedilo MAC de um noacute conhecendo o seu numa LAN tecircm uma tabela ARP
A tabela conteacutem mapeamentos
IPMAC para alguns noacutes da rede
mendereccedilo IP
237 196 7 78 p glt IP address MAC address TTLgt
TTL (Time To Live) tempo 1A-2F-BB-76-09-AD
237196723
237196778
237 196 7 14 depois do qual o mapeamento
de endereccedilo seraacute descartado
(tipicamente 20 min)LAN
237196714
(tipicamente 0 min)58-23-D7-FA-20-B0
0C C4 11 6F E3 98
71-65-F7-2B-08-53
0C-C4-11-6F-E3-98237196788
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-35
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Funcionamento do ARP (na mesma LAN)ldquoArdquo quer enviar um datagrama a ldquoBrdquo cujo endereccedilo natildeo estaacute na sua tabela ARP
ldquoArdquo guarda na sua tabela ARP a correspondecircncia IP‐MAC ateacute esta perder validade (time‐out)
ldquoArdquo faz um pedido ARP em broadcast indicando que pretende o end de ldquoBrdquo
perder validade (time out)
ldquosoft staterdquo a informaccedilatildeo que perde validade desaparece a menos
j li dQuem tem o end de ldquoBrdquo
Endereccedilo MAC de destino = FF‐FF‐FF‐FF‐FF‐FF
que seja reactualizada
O ARP eacute ldquoplug‐and‐playrdquo
Os noacutes criam as suas tabelas ARPFF FF FF FF FF
Todos os maacutequinas nessa LAN recebem o pedido ARP
ldquoBrdquo recebe o pacote ARP e
Os noacutes criam as suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador de rede
B recebe o pacote ARP e responde a ldquoArdquo indicando o seu endereccedilo MAC
A frame enviada de B para A eacuteA frame enviada de B para A eacute enviada apenas para o endereccedilo MAC de A (unicast)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-36
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ARP com routing (LAN)
Enviar um datagrama de A para B atraveacutes de R assumindo que A conhece o endereccedilo IP de Bq
ARR
B
O router R gere duas tabelas ARP uma para cada sub rede
B
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-37
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ldquoArdquo gera um datagrama com origem ldquoArdquo e destino ldquoBrdquo
FuncionamentoA gera um datagrama com origem A e destino B
ldquoA utiliza ARP para obter o endereccedilo MAC de R na rede 111111111024
ldquoArdquo gera uma frame de niacutevel ligaccedilatildeo com esse endereccedilo MAC de R no destino contendo um datagrama enviadocontendo um datagrama enviado
ldquoArdquo envia a frame a R
R retira o datagrama da frame e verifica que se destina a B (routing)
R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B na rede 222222222024
R gera uma nova frame contendo o datagrama original e o endereccedilo MAC de B no campo destinop
R envia a frame a ldquoBrdquo
A
R
BNiacutevel Ligaccedilatildeo5-38
B
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Ligaccedilotildees virtuais ATM e MPLS
ligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-39
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Ethernet (IEEE 8023)Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Desenvolvida por B Metcalfe e D Boggs em 1970Tecnologia de LAN cablada mais utilizada Razotildees
Barata (placa de rede de 100Mbs lt euro20)Primeira tecnologia de LAN utilizada em larga escalaMais simples e barata do que LANs com tokens e ATMp qTem evoluiacutedo em performance 10Mbs ndash 10 Gbps
Desenho inicial de Bob Metcalfe representando a configuraccedilatildeo da Ethernetg ccedil
L h k d k E h
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-40
Ler resumo em httpenwikipediaorgwikiEthernet
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ‐ I
Configuraccedilatildeo inicial (1970 80) 10Base5Configuraccedilatildeo inicial (1970-80) 10Base5Rede em BusCabos coaxiais grossos (thick)Cabos coaxiais grossos (thick)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 500 metros por segmento
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-41
10 Mbits
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash II
Configuraccedilatildeo posterior (1980-90) 10Base2Rede em BusCabos coaxiais finos (thin)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 200 t tAteacute 200 metros por segmento10 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-42
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Toplogias de Redes Ethernet 8023 ndash III
Configuraccedilatildeo recente (gt90) 10BaseTT Twisted PairRede em estrelaP t l foacute i t d (UTP) (STP)Par telefoacutenico entranccedilado (UTP) (STP)Transmissatildeo em banda de BaseAteacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-43
Ateacute 100 metros por segmento a 100 Mbits
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Topologia em EstrelaA topologia em Bus manteacutem‐se ateacute meados dos anos 90
Actualmente a topologia utilizada eacute em estrela
A ligaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de hub switch ou router ‐ dependendo do particionamento da rede (ver + agrave frente)Taxa de 10100 Mbps 1Gbps ‐gt ldquofast ethernetrdquoTaxa de 10100 Mbps 1Gbps gt fast ethernet
twisted pair
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-44
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
GigaBit Ethernet
Standard IEEE 8023‐2008 usado a partir de 1999
Utiliza o formato de trama standard EthernetUtiliza o formato de trama standard Ethernet
Permite ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto e canais de broadcastpartilhadospartilhados
Em modo partilhado utiliza CSMACD
Distacircncias entre noacutes (~100m) devem ser respeitadas paraDistacircncias entre noacutes ( 100m) devem ser respeitadas para garantir taxas elevadas
Full‐Duplex a 1‐10 Gbps em ligaccedilotildees ponto‐a‐ponto emFull Duplex a 1 10 Gbps em ligaccedilotildees ponto a ponto em cabos 5+ UTP
Pode usar cabo cobre (1000BASE‐T) ou fibra (1000BASE‐ZX) ateacute 70Km
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-45
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Estrutura da Trama Ethernet (i)
O adaptador que emite encapsula o datagrama do protocolo de rede numa trama Ethernetde rede numa trama Ethernet
PreambuloPreambulo7 bytes com o padratildeo 10101010 seguido de 1 byte de Start Frame Delimiter (SFD) com o padratildeo 10101011
Utilizada para sincronizar a frequecircncia dos reloacutegios do emissor e receptor
Dados 46 a 1500 bytesDados 46 a 1500 bytes
No maacuteximo uma trama tem 1526 bytes com os headers
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-46
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Estrutura da Trama Ethernet (ii)
Endereccedilos 2 x 6 bytesSe o adaptador recebe uma trama com o seu endereccedilo ou com endereccedilo de broadcast passa os dados da trama para o protocolo do niacutevel rede sobrejacentedo niacutevel rede sobrejacente
Senatildeo o adaptador descarta a trama
Tipo 2 bytesp yIndica o protocolo de rede responsaacutevel pelo envio (IP Novell IPX AppleTalkhellip)
CRC 4 bytesVerificado pelo receptor em caso de detecccedilatildeo de erro a trama eacute simplesmente descartada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-47
simplesmente descartada
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Serviccedilo natildeo Fiaacutevel e sem Conecccedilatildeo
Sem conecccedilatildeo Natildeo existe handshaking entre o o emissor e receptor p
Natildeo fiaacutevel o receptor natildeo envia ACKs ao emissor para validar (ou invalidar) as tramas recebidas
O fluxo de datagramas passado aos protocolos de niacutevel superior pode natildeo conter todos os dados emitidos
A bilid d d l t d d f lt tA responsabilidade de completar os dados em falta compete ao protocolo de niacutevel superior por exemplo o TCPbull Senatildeo as aplicaccedilotildees iratildeo dar conta das falhas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-48
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Algoritmo CSMACD Ethernet
1 O adaptador recebe o datagrama do niacutevel rede e constroacutei uma trama
2 S d d d l
5 Depois da interrupccedilatildeo o adaptador entra no estado de ldquoretirada exponencialrdquo (exponential backoff)2 Se o adaptador detecta que o canal
estaacute livre comeccedila a transmitir a trama Senatildeo espera que fique livre
exponencial (exponential backoff) numa colisatildeo de ordem n mod(10) o adaptador escolhe um valor K aleatoriamente no conjunto
3 Se o adaptador transmite a trama toda sem detectar uma colisatildeo a emissatildeo termina
aleatoriamente no conjunto 012hellip2n‐1 espera um tempo correspondente agrave transmissatildeo de
emissatildeo termina
4 Se o adaptador detecta uma colisatildeo interrompe a emissatildeo e envia sinal d f t (j i l)
Kx512 bits e volta ao passo 2
de engarrafamento (jam signal)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-49
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
CSMACD Ethernet
Jam Signal 48 bits ‐ garante que todos os outros emissores se datildeo
Exponential BackoffObjectivo adaptar as tentativas de todos os outros emissores se datildeo
conta de que houve uma colisatildeo
Tempo transmissatildeo de 1 Bit 01
j pretransmissatildeo agrave carga da rede estimada do momento
Carga elevada a espera aleatoacuteria eacute mais longap
microsec para Ethernet 10 Mbps se K=1023 o tempo de espera maacuteximo eacute de aproximadamente 50 msec
mais longaPrimeira colisatildeo K eacute escolhido entre 01 a espera eacute K 512 tempo de transmissatildeo de 1 bitD i d d li atilde K50 msec Depois da segunda colisatildeo K escolhido de 0123hellipDepois da 10 colisotildees K escolhido de 0123 hellip 1023
Ver a applet Java no site Web Ver a applet Java no site Web httpmediapearsoncmgcomawaw_kurose_network_2appletscsmacdcsmacdhtml
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-50
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-51
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Interligaccedilatildeo de Redes LocaisEm todas as instituiccedilotildees haacute a necessidade de adaptar a LAN aos aspectos organizacionaisp p gGeralmente uma LAN eacute constituiacuteda por vaacuterios segmentos interligados entre si atraveacutes de g gdispositivos permitem diversos graus de isolamentoDispositivos mais utilizados
HubsSwitchesRoutersBridgesGateways
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-52
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Hub
Dispositivo que actua no Niacutevel 1 (fiacutesico)Interligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub CentralInterligaccedilatildeo de segmentos atraveacutes de um Hub Central
Os Hubs permitem aumentar a maacutexima distacircncia entre noacutes
Mas um Hub natildeo isola os segmentos a niacutevel das colisotildeesTodos os segmentos recebem todas as frames ‐gt aumenta a probabilidade de colisatildeo
Os Hubs natildeo podem interligar 10BaseT amp 100BaseT
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐53
p g
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Switch
Dispositivo que actua no Niacutevel 2 (ligaccedilatildeo)Armazena e encaminha frames Ethernet
Encaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destinoEncaminha as frames selectivamente com base no endereccedilo MAC de destino diminuindo o niacutevel de colisatildeo em cada segmento
Quando encaminha uma frame para um segmento utiliza o protocolo CSMACD garantir o acessog
Dispositivo transparenteOs hosts natildeo se apercebem da presenccedila dos switches
Dispositivo plug‐and‐play self‐learning
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-54
Dispositivo plug‐and‐play self‐learningOs switches natildeo precisam de ser configurados
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Filtragem e Encaminhamento
1
2
3
Filtragem (Filtering)Filtragem (Filtering)Determinar se uma frame deve ou natildeo ser encaminhada para um dado segmento
Encaminhamento (Forwarding)Encaminhamento (Forwarding)Determinar para que segmento da LAN se deve encaminhar uma frameSemelhante ao problema de encaminhamento de datagramas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐55
Semelhante ao problema de encaminhamento de datagramas que existe no niacutevel 3 (rede)
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Auto Aprendizagem
Cada switch manteacutem uma switch table
Elemento da switch table (Endereccedilo MAC Interface Time Stamp)
O it h i d d di iti tatildeO switchmemoriza os endereccedilos dos dispositivos que estatildeo ligados a cada uma das suas interfaces
Quando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchQuando uma frame eacute recebida atraveacutes de uma interface o switchmemoriza o endereccedilo de origem de cada frame
Regista o elemento (Endereccedilo MAC Interface Instante de Chegada) na tabela de switching
Os elementos satildeo eliminados da tabela quando natildeo satildeo recebidas frames dentro de um dado periacuteodo (TTL ateacute 60 min) p ( )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-56
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Algoritmo de AprendizagemQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d i d tExtrai o endereccedilo MAC de origem da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar um elemento com esse endereccedilose encontrar um elemento com esse endereccedilo
entatildeo no‐opsenatildeo
cria um novo elemento com esse endereccedilo nordm de interface por onde o recebeu e o instante de chegada
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-57
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
FilteringForwardingQuando um switch recebe uma trama
E t i d MAC d d ti d tExtrai o endereccedilo MAC de destino da tramaProcura esse endereccedilo na tabela de switchingse encontrar uma linha com esse endereccedilose encontrar uma linha com esse endereccedilo
entatildeose o interface eacute o mesmo por onde a trama chegoup gentatildeo descarta a tramasenatildeo encaminha a trama para o interface associado
senatildeopropaga a trama Encaminha a trama para todos
os interfaces excepto para os interfaces excepto para aquele de onde chegou
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-58
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Exemplo de Switching
C envia uma trama a D
h address interface
Switch Table
switch address interface
AB
11
12 3
hub hub hubA
I
EGC
231
B CD
EF
G H
O Switch recebe a trama de CMemoriza na tabela que C estaacute na interface 1
Como D natildeo estaacute na tabela encaminha a trama nas interfaces 2 e 3
A trama eacute recebida por D
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐59
A trama eacute recebida por D
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Exemplo de SwitchingSupondo que D responde com uma trama para C
Switch Tableswitch address interface
A 1
1
2 3
hub hub hubA
I
BEGC
1231
B CD
EF
G H
CD
12
O switch recebe a trama de DMemoriza na tabela que D estaacute na interface 2
C taacute t b l it h i h t oacutecomo C estaacute na tabela o switch encaminha a trama soacute para a interface 1
A trama eacute recebida por C
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐60
A trama eacute recebida por C
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Switch isolamento de traacutefegoA instalaccedilatildeo de um switch divide a LAN em segmentos
O switch filtra as tramas
As tramas de um mesmo segmento natildeo satildeo encaminhadas para os outros
Os segmentos satildeo domiacutenios de colisatildeo separados
switch
hub hub hub
Collision domain Collision domain C lli i d i
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-61
Collision domain Collision domain Collision domain
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Rede Institucional Simples
router Subnet IP
switch
switchswitch
switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐62
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Rede Institucional com Protecccedilatildeo
DMZ Demilitarized Zone
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐63
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Rede do Laboratoacuterio
Equivalente a umRouter de 6 portas
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-64
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Switches e RoutersSatildeo ambos dispositivos ldquostore‐and‐forwardrdquo
Routers dispositivos do niacutevel rede (examinam ldquoheadersrdquo datagrama)
Switches dispositivos do niacutevel ligaccedilatildeo (examinam ldquoheadersrdquo trama)
Os routers manteacutem tabelas de routing e implementam algoritmos de routingrouting
Os switches manteacutem tabelas de switching implementam filtros e algoritmos
de aprendizagemde aprendizagem
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-65
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Sumaacuterio comparativo
hubs switches routersTraffic isolation no yes yes
Plug amp play yes yes nog p y y y
Optimal routing no no yes
C t th hCut through yes yes no
Estes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes comEstes 3 tipos de dispositivos soacute permitem interligar redes com caracteriacutesticas idecircnticas no niacutevel 2 ‐ ligaccedilatildeo de dados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐66
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Interligaccedilatildeo de Redes Diferentes
Bridge
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-67
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
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Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Pontes (Bridges) e SwitchesBridge (Ponte)
Equipamento que liga vaacuterias redes diferentes no niacutevel fiacutesico eou ligaccedilatildeo mas com o mesmo protocolo no niacutevel de rede eou transporte permitindo a criaccedilatildeo uma rede homogeacuteneaNormalmente cada bridge tem uma tabela dinacircmica que conteacutem todos os endereccedilos da rede que se situa de cada um dos lados da rede soacute permitindo a passagem dos endereccedilos que estatildeo de cada um dos ladosEacute possiacutevel atraveacutes de filtros impedir a passagem de certos tipos de pacotesActua no niacutevel ligaccedilatildeo (niacutevel dois)
SwitchEquipamento que liga vaacuterios segmentos da uma rede com as mesmas q p q g gcaracteriacutesticas no niacutevel da ligaccedilatildeo (niacutevel 2)Apenas permite a passagem das frames para o segmento onde se situa o endereccedilo destino Actua tambeacutem no niacutevel ligaccedilatildeo
Ver mais detalhes em
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-68
httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docbridginghtm
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
BridgesOperaccedilatildeo de uma bridge entre LANrsquos 80211 e 8023
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-69
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Bridges Locais e Remotas
(a) Bridges locais utilizadas para interligar vaacuterias LANs
( ) B id t tili d i t li LAN di t t
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐70
(a) Bridges remotas utilizadas para interligar LANs distantes
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Bridges Redundantes
Quando existem vaacuterias bridges entre duas LANs pode haver duplicaccedilatildeo de frames se natildeo houver conhecimento e optimizaccedilatildeo da topologia de rede de forma a evitar ciclos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐71
da topologia de rede de forma a evitar ciclos‐gt Spanning Tree Protocol
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
O Protocolo Spanning Tree
O Spanning Tree Protocol (STP) eacute utilizado para permitir que vaacuterias bridges possam trabalhar em conjunto evitando ciclos de propagaccedilatildeoevitando ciclos de propagaccedilatildeoCada bridge comunica com as outras para descobrir como estatildeo interligadasestatildeo interligadasEsta informaccedilatildeo eacute depois utilizada para eliminar ciclos e permitir o encaminhamento oacuteptimo das framesO STP tambeacutem providencia toleracircncia a falhas pois permite reconfigurar a topologia da rede no caso de falha de dispositivosde dispositivos
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-72
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Spanning TreesSub conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildeesSub‐conjunto de uma rede que conteacutem todos os noacutes mas soacute as ligaccedilotildees necessaacuterias para assegurar a conectividade miacutenima
Evita ciclos na rede em situaccedilotildees de broadcast
Uma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma redeUma spanning tree eacute construiacuteda entre os noacutes que constituem uma rede seguindo um algoritmo especiacutefico (Ex ISO 802‐1B)Define‐se um noacute raiacutez (neste exemplo A)Cada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutezCada noacute envia uma mensagem de junccedilatildeo ao noacute raiacutez
A mensagem eacute encaminhada ateacute chegar agrave raiz ou a um noacute que jaacute faz parte da spanning tree
A
BC
12 A
BC
DE
C
F
34D
E
C
F
G
EF5
(a) Construccedilatildeo da spanning treeG
EF
(b) Spannig tree resultante
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-73
(a) Construccedilatildeo da spanning tree (b) Spannig tree resultante
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Bridges em Spanning Tree
(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs(a) LANs interligadas (b) Uma spanning tree cobrindo as LANs A representaccedilatildeo (b) permite revelar melhor a spanning tree
As linhas tracejadas natildeo pertencem agrave spanning tree
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-74
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Hubs Bridges Switches
(a) Hub (b) Bridge (c) Switch
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-75
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
GatewaysGateway ‐ Equipamento que liga vaacuterias redes de diferentes tipos convertendo os pacotes de um protocolo para outro e vice‐versaversa
Actua nos 2 niacuteveis superiores da pilha protocolar
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-76
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (mais tarde)
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-77
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Ligaccedilatildeo de Dados Ponto a PontoUm emissor e um receptor mais simples que numa ligaccedilatildeo em
broadcast
Natildeo haacute necessidade de controle de acesso ao meio
Natildeo eacute necessaacuterio endereccedilamento
bull Exemplos Dialup RDIS ADSL
Protocolos ponto a ponto mais utilizados
HDLC High‐level Data Link Control (ISO Level 2 13239)bull httpenwikipediaorgwikiHigh‐Level_Data_Link_Control
PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)PPP Point to Point Protocol (IETF RFC 1661)bull httpwwwciscocomunivercdcctddoccisintwkito_docppphtm
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-78
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Requisitos PPP [RFC 1557]Formataccedilatildeo de pacotes encapsulamento de datagramas do niacutevel rede em frames do niacutevel loacutegico
Capacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevelCapacidade de transportar dados do niacutevel rede de qualquer protocolo do niacutevel rede (natildeo soacute IP) ao mesmo tempobull Camada Network Control Protocols (NCP)
Capacidade estabelacer ligaccedilotildees multiplexadas pelas camadas superioresp g ccedil p p pbull Camada Link Control Protocol (LCP)
Transparecircncia de transmissatildeo deve poder transmitir qualquer padratildeo de bits no campo de dadospDetecccedilatildeo de erros deve permitir detectar os erros de transmissatildeo (natildeo realiza correcccedilatildeo)Ligaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoLigaccedilatildeo activa detecccedilatildeo e sinalizaccedilatildeo de falha do sinal da ligaccedilatildeoNegociaccedilatildeo do endereccedilo do niacutevel rede os pontos terminais podem detectar eou configurar os respectivos endereccedilos de niacutevel redeR atilde d l d fl d d atilde d d d atildeRecuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo re‐orderdenaccedilatildeo de dados satildeo deixados para os niacuteveis mais elevados
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-79
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Formato da Frame PPP
Formato semelhante ao do HDLCFlag delimitador da frame ‐ 1 byteAddress endereccedilo de broadcast ‐ 1 bytesccedil yControl natildeo utilizado no futuro possibilidade de muacuteltiplos campos de controle ‐ 1 byteProtocolo protocolo de niacutevel superior ao qual a frame deve ser p p qentregue (PPP‐LCP IP IPCP etc) ‐ 1 ou 2 bytesDados dados transportados na frame ateacute 1500 bytesFCS (Frame Checksum Sequence) teste de paridade ciacuteclica para ( q ) p pdetecccedilatildeo de erros ‐ 2 ou 4 bytesClosing Flag Sequence sequecircncia de bits que indica o fim da frame ‐ 1 byte
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-80
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
PPP Link Control Protocol (LCP)
Antes de poder trocar dados os intervenientes na ligaccedilatildeo de dados devem
Configurar o link PPP (tamanho max da frame autenticaccedilatildeo etc)
fDetectar e configurar
paracircmetros do niacutevel reded atilde dNo caso de ser IP satildeo trocadas
mensagens de IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) Estados do Link Control Protocolpara detectar e configurar o endereccedilos IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-81
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
PPP Link Control Protocol (LCP)
Iniacutecio
A simplified phase diagram to bring a line up and down
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-82
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Utilizaccedilotildees do PPP
O PPP eacute utilizado em cima de outros protocolos no serviccedilo de acesso ADSL
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐83
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Transparecircncia na Transmissatildeo de DadosA existecircncia de padrotildees de limitaccedilatildeo de frame levanta o problema da ldquotransparecircnciardquoA transparecircncia na transmissatildeo de dados consiste na possibilidade p pde transmissatildeo de qualquer sequecircncia de ldquo0rdquo e ldquo1rdquo mesmo se idecircnticas ao do flag de delimitaccedilatildeo
sequecircncia lt01111110gt dados ou o flagsequecircncia 01111110 dados ou o flagPara distinguir sempre que no interior dos dados aparece a sequecircncia lt01111110gt eacute inserida uma sequecircncia identica adicional que eacute depois retirada na recepccedilatildeoque eacute depois retirada na recepccedilatildeoEsta funcionalidade eacute designada por ldquobyte stuffingrdquo
Emissor adiciona (ldquostuffsrdquo) um byte extra lt 01111110gt depois de cada byte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtbyte de dados com a configuraccedilatildeo lt 01111110gtReceptorbull dois lt01111110gt bytes de seguida descarta o primeiro byte e continua a recepccedilatildeo de dadoscontinua a recepccedilatildeo de dados
bull uacutenico 01111110 detecccedilatildeo do byte de flag
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-84
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Byte Stuffing
flag byteg ypatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmittedstuffed byte in transmitted data
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐85
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Bit StuffingBit Stuffing (HDLC) ‐ o flag 01111110 eacute utilizada no iniacutecio e no fim de cada bloco a transmitir
Para que no interior de um bloco natildeo seja detectada nenhuma flag eacute utilizado o mecanismo de bit‐stuffing que
i t i i 0 d i d d i 1 d i eacuteconsiste em inserir um 0 depois de cada cinco 1 que depois eacute retirado na recepccedilatildeo ou seja
para enviar 11010111110111111101
eacute enviado
01111110110101111100111110110101111110
FLAG Bit Stuffing FLAG
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-86
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel LigaccedilatildeoIntroduccedilatildeo e serviccedilos
Protocolos de acesso
Hubs switches e bridges
Protocolo PPPmuacuteltiplo
Endereccedilamento no niacutevel Virtualizaccedilatildeo de Ligaccedilotildees
ATMligaccedilatildeo
Protocolo Ethernet
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-87
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Virtualizaccedilatildeo do Niacutevel LigaccedilatildeoNem sempre o niacutevel ligaccedilatildeo estaacute directamente implementado em cima de um meio fiacutesico como no caso do 8023 (Ethernet) ou 80211 (Wireless)
A ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos queA ligaccedilatildeo pode na realidade ser implementada por uma camada de protocolos que abstrai o meio e pode ter uma arquitectura complexa
Essa camada apresenta um conjunto de serviccedilos ao niacutevel rede que simula ou virtualiza o niacutevel ligaccedilatildeo
Exemplo das redes puacuteblicas de dadosIP sobre X 25 Frame Relay ou ATMIP sobre X25 Frame Relay ou ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-88
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ATM Asynchronous Transfer Mode
O ATM eacute um standard dos anos 90 para alto deacutebito (155 Mbps a 622 Mbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDNMbps ou mais) desenvolvido pelo ITU‐T no acircmbito da arquitectura B‐ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network)
Objectivo arquitectura integrada para transportar voz viacutedeo e dados topo a topo
Satisfazendo requisitos temporais e de QoS para voz e viacutedeo em contraste com o modelo de ldquomelhor esforccedilordquo da Internetcontraste com o modelo de melhor esforccedilo da Internet
Considerado a nova geraccedilatildeo para a telefonia tem as suas origens no mundo das comunicaccedilotildees telefoacutenicas
Tecnologia de comutaccedilatildeo de pacotes de tamanho fixo (chamados ceacutelulas) utilizando circuitos virtuais
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-89
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Arquitectura ATM
Constituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisConstituiacutedo por 3 camadas ou niacuteveisAAL ‐ ATM Adaptation Layer presente no sistema terminal que acede agrave rede ATM
Funcionalidades de segmentaccedilatildeo e agregaccedilatildeo de dadosAproximadamente equivalente ao niacutevel transporte da Internet
ATM layer niacutevel ldquorederdquoyFuncionalidades de comutaccedilatildeo e encaminhamento de ceacutelulas
Niacutevel Fiacutesico
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-90
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
O Modelo de Referecircncia ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-91
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Correspondecircncia ATMOSI
Transmission Convergence
Physical Medium DependentPhysical Medium-Dependent
Os niacuteveis ATM e suas funcionalidades
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-92
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ATM Adaptation Layer (AAL)
O ATM Adaptation Layer (AAL) ldquoadaptardquo os niacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativasniacuteveis superiores (IP ou aplicaccedilotildees nativas ATM) ao niacutevel inferior ATMO niacutevel AAL soacute estaacute presente nos sistemas finais e natildeo nos switchesfinais e natildeo nos switchesO segmento de niacutevel AAL (campos headertrailer e dados) eacute fragmentado em muacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes demuacuteltiplas ceacutelulas ATM com 53 bytes de comprimento
analogia segmento TCP enviado em aacute i t IPvaacuterios pacotes IP
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-93
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Existem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
Tipos de AALsExistem vaacuterios tipos de niacuteveis AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM
AAL1 para serviccedilos CBR (Constant Bit Rate) ex circuitos virtuais
AAL2 para serviccedilos VBR (Variable Bit Rate) ex MPEG video
AAL5 para serviccedilos de dados ex datagramas IP
Os dados utilizador satildeo encapsulados dentro de um Protocol Data Unit que eacute fragmentado em vaacuterias ceacutelulas ATMg
O formato dos headers e trailers depende do tipo de serviccedilo
Application Data
Convergence Sublayer
Convergence SublayerProtocol Data Unit
CS-PDUHeader
CS-PDUTrailer
AAL PDU(Protocol Data Unit) Segmentation and
Reassembly Sublayer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATMHeader
SARHeader
SARTrailer
ATM C ll 2 (53 b t )
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-94
ATM Cell 1 (53 bytes)ATM Cell 2 (53 bytes)
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Camada ATM Circuitos VirtuaisServiccedilo transporta celulas atraveacutes da rede ATM
Anaacutelogo ao niacutevel rede IP mas fornece serviccedilos muito diferentes
T t CV l l atilde t t d d i d tiTransporte CV as celulas satildeo transportadas da origem ao destino num Circuito Virtual
Estabelecimento de circuito antes de transferecircncia de dados
Cada ceacutelula tem um identificador de circuito e natildeo endereccedilo destino
Todos switches ao longo da rota mantecircm estado para cada circuito que os inclui
Recursos de switch e ligaccedilatildeo (memoacuteria e largura de banda) satildeo alocados ao circuito para garantir caracteriacutesticas de tipo circuito comutado
Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)Circuitos Virtuais Permanentes (PVCs)
Conexotildees persistentes
Circuitos Virtuais Comutados (SVC)( )
Estabelecidos dinamicamente em cada ligaccedilatildeo
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-95
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Camada ATM Ceacutelula ATM
Ceacutelula de 53 bytes de comprimentoPayload pequeno ‐gt tempo de criaccedilatildeo de ceacutelula curto para transporte de vozceacutelula curto para transporte de voz digitalizadaDiminuiccedilatildeo do jitter (variacircncia do atraso entre pacotes)
VPIVCI virtual channel IDmuda em cada ligaccedilatildeo atraveacutes da rede
PT Payload type
5 bytes
PT Payload typeTipo de payload transportado
CLP Cell Loss Priority bitCLP = 1 implica uma ceacutelula de baixaCLP 1 implica uma ceacutelula de baixa prioridade que pode ser descartada em caso de congestatildeo
HEC Header Error ChecksumTeste de redundacircncia ciacuteclica
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-96
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Niacutevel Fiacutesico ATMDois sub‐niacuteveis na camada fiacutesica
TC (Transmission Convergence) adapta o niacutevel ATM ao subniacutevel PMD bj tsubjacente
Geraccedilatildeo e verificaccedilatildeo do checksum do header CRC de 8 bits
Delimitaccedilatildeo das ceacutelulasDelimitaccedilatildeo das ceacutelulas
Sincronizaccedilatildeo do envio das frames com a taxa de transmissatildeo do meio
Adaptaccedilatildeo da frame de transmissatildeo ao meio fiacutesico
PMD (Physical Medium Dependent) gere o meio fiacutesico utilizadoSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporalSincronizaccedilatildeo da emissatildeo e recepccedilatildeo enviando informaccedilatildeo temporal
Especificaccedilatildeo das interfaces e cablagem para cada meio fiacutesico
bull SONETSDH Vaacuterias taxas OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps OC48 = 2 45 Gbps OC192 9 6 Gbps245 Gbps OC192 = 96 Gbps
bull TIT3 linhas telefoacutenicas tradicionais 15 Mbps 45 Mbps
bull Multimode Fiber (MMF) e STP 155 Mbps
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-97
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
IP‐Over‐ATMIP b ATM
IP claacutessico3 segmentos de redes
IP sobre ATMSubstitui‐se o segmento de rede IP por uma rede ATM3 segmentos de redes
Endereccedilos MAC e IP
p
Endereccedilos ATM e IP
RoutersIPATM ATM
backbonenetworknetwork
EthernetLANs Ethernet
LANs
Niacutevel Ligaccedilatildeo5‐98
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Trajecto de um Datagrama numa rede IP sobre ATM
No router de entradaA camada IP mapeia o endereccedilo IP de destino num endereccedilo ATM utilizandodestino num endereccedilo ATM utilizando ATM‐ARP (RFC 2225)Passa o datagrama ao niacutevel AAL5AAL5 encapsula e fragmenta os dados cria as ceacutelulas e passa‐as ao niacutevel ATM
A rede ATM encaminha a ceacutelula atraveacutes de um circuito virtual ateacute ao router de destinodestinoNo router de destino
AAL5 agrega as ceacutelulas formando o datagrama originaldatagrama originalSe o CRC estaacute correcto o datagrama eacute entregue agrave camada IP
Os backbones ATM podem manter circuitos permanentes entre os vaacuterios pontos de entrada e saiacuteda
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-99
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
Bridging MAC-ATM com LAN EmulationP l L NE (L N E l )Protocolo LANE (LAN Emulation)
Permite integraccedilatildeo de interfaces ATM em hosts ou switches criando funcionalidades de bridging com 802 3criando funcionalidades de bridging com 8023Realiza a conversatildeo de endereccedilos MAC para ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-100
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101
ConclusatildeoPrinciacutepios dos Serviccedilos da Camada Ligaccedilatildeo
Partilha de canal de broadcast MAC
Endereccedilamento de niacutevel ligaccedilatildeo
Protocolos de conversatildeo de endereccedilos
D atilde atilde d (fi RC II )Detecccedilatildeo e correcccedilatildeo de erros (ficou para RC IIhellip)
Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de algumas tecnologias da camada ligaccedilatildeocamada ligaccedilatildeo
Ethernet
Dispositivos de ligaccedilatildeop g ccedil
PPP
Virtualizaccedilatildeo da camada ligaccedilatildeoModelo ATM
Niacutevel Ligaccedilatildeo5-101