100%
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
Slides/.DS_Store
__MACOSX/Slides/._.DS_Store
Slides/Arquivos Originais/01.1aula.pdf
1
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Comunicação de
Dados
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
A Evolução da Informática nas
Empresas
2
2
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento Batch
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ENIAC -1946 (Universidade da Pensilvânia)
3
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento Batch
4
4
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento On-Line
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Surgem os Microcomputadores
5
5
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Computadores Pessoais
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Surgem os Microcomputadores
6
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Redes Locais de Computadores
7
7
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Departamento Comercial
Sala de Distribuição
Sala de
Reuniões
Integração Total
8
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
9
9
� Tecnologia Digital
– Multimídia
• Processamnto
integrado de áudio,
vídeo, dados, etc.
– Novas tecnologias de
transmissão
• fibra ótica
• altas velocidades
• digitalização das
redes públicas
• redes integradas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
10
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aplicações
Topologia Meios e Métodosde Transmissão Protocolos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bibliografia
� Redes de Computadores
Das MANs, LANs e WANs às redes ATM
Soares, L.F.G; Souza, G.L.; Colcher, S.
Editora Campus
1995
� Computer Networks
Tanenbaum, A.
Prentice Hall
� Internetworking with TCP/IP, Vol 1
Comer, D.E.
Prentice Hall
� SLIDES: http://www2.telemidia.puc-rio.br/inf/labredes/
11
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Provas
P3 = 25/06
P4 = 02/07
Calendário
__MACOSX/Slides/Arquivos Originais/._01.1aula.pdf
Slides/Arquivos Originais/01.2aula.pdf
1
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Comunicação de
Dados
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
2
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Qual a melhor forma de interligar os
computadores considerando que eles
estão a dezenas de quilômetros uns dos
outros?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Totalmente Ligados
3
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Ligação
ou
Simplex
Half-duplex
Full-duplex
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Situação dos anos 1970 a meados dos
anos 1990
4
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Completamente Ligadas
¾ Numa rede com N estações, por exemplo,
seriam necessárias N(N-1)/2 ligações ponto a
ponto para que se pudesse conectar todos os
pares de estações através de linhas dedicadas.
¾ Dessa forma, o custo do sistema cresce com o
quadrado do número de estações, tornando tal
topologia economicamente inviável para redes
grandes e com estações dispersas.
5
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
Baixas Velocidades Altas
Taxas de Erro
6
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Parcialmente Ligados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PBX
Central
PBX
Rede Telefônica
7
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PBX
PBX
Rede Telefônica
Central
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
I Estabelecimento da
Conexão
(Roteamento)
I Transferência de
Informação
I Desconexão
Fases
Um caminho permanece dedicado entre origem
e destino durante todo o tempo de conexão
A
B
C
D
E
8
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
Mensagem
T
1 2 3 4
Estabelecimento da Conexão
Término da Conexão
Tempo de Propagação
Transmissão da Mensagem
Tempo de
Transmissão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
Características
¾ Necessidade de estabelecimento de conexão
(roteamento no momento da conexão)
¾ Canal dedicado
¾ Endereçamento necessário apenas na conexão
¾ Retardo de transferência dos dados constante
9
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Mensagens
I É necessário um cabeçalho
em cada mensagem para
identificação de endereço
de origem e destino
AC
EB
A
B
C
D
E
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Roteamento
I Armazenamento
A
B
C
D
E
AC
EB
Comutação de Mensagens
10
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
1 2 3 4
T
Mensagem
Cabeçalho
Mensagem
Mensagem
Comutação de Mensagens
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Mensagens
Características
¾ Não existe fase de estabelecimento de chamada nem
de desconexão
¾ Store-and-Forward
¾ Cada mensagem possui cabeçalho com informações
necessárias ao seu encaminhamento
¾ Pode introduzir grandes atrasos nas mensagens
11
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
2EB 1EB
1 AC2AC3AC
I É necessário um cabeçalho em
cada pacote para identificação de
endereço de origem e destino
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
I Cada pacote pode ser
roteado de forma
independente
1 AC
3AC
1EB
2AC
2EB
12
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
I Cada pacote pode ser
roteado de forma
independente
1 AC 3AC
2EB
2AC
1EB
I É necessário armazenar
temporariamente os
pacotes em nós
intermediários
I Os pacotes podem
chegar fora de
sequência no destino
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Transmissão dos Pacotes
1 2 3 4
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Cabeçalho
Dados
13
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Características
¾ Não há necessidade de estabelecimento de conexão
¾ Canal compartilhado
¾ Endereçamento necessário em todos os pacotes
¾ Retardo de transferência dos dados é uma variável
aleatória
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Pacote
InformaçãoOrigemDestino
14
14
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
15
15
PUC-Rio / DI
TeleMídia
DCEs Fronteira da sub-rede
de Comunicação
DSEs
Rede Geograficamente Distribuída
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
¾ De 1950 a 1970 vários estudos foram conduzidos
sobre redes geograficamente distribuídas de
computadores.
¾ O mais significativo em termos de impacto foi,
provavelmente, a ARPANET, colocada em
funcionamento em setembro de 1969.
¾ Inicialmente, a ARPANET se utilizava de linhas
diretas, ponto a ponto, convencionais entre
equipamentos internos da rede (chamados
roteadores).
16
16
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
Host
Roteador
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
Inter-rede
Host
Roteador
Rede
17
17
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
Baixas Velocidades Altas
Taxas de Erro
REDES PÚBLICAS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Localmente Distribuídas
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Baixo
Altas Velocidades Baixas
Taxas de Erro
18
18
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
19
19
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistema de Comunicação
¾ Redes Geograficamente Distribuídas
(WANs - Wide Area Networks)
¾ Redes Locais
(LANs - Local Area Networks)
¾ Redes Metropolitanas
(MANs - Metropolitan Area Networks)
20
20
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Qual a diferença de objetivos na construção de uma máquina de arquitetura
distribuída e de uma rede de computadores?
¾ Por que a topologia parcialmente ligada é a única viável em redes com meios de
transmissão caros, de baixa velocidade e alta taxa de erro?
¾ Por que a comutação de circuitos é ineficiente na transmissão de dados textuais?
Como a comutação de pacotes resolve o problema?
¾ Por que em uma rede comutada por pacotes, pacotes podem chegar fora de ordem?
¾ Dê as características das redes comutadas por circuito, comutadas por mensagem e
comutadas por pacotes.
¾ Por que e quando é necessário o endereçamento em redes comutadas por circuito,
comutadas por mensagem e comutadas por pacotes?
¾ Por que as redes foram construídas com dois tipos distintos de nós, no jargão
Internet hosts (hospedeiros) e routers (roteadores)?
¾ Como surgiu o conceito de inter redes, e com ele a rede Internet?
¾ O que viabilizou as topologias utilizadas em redes locais? Por que essas redes foram
chamadas de locais?
__MACOSX/Slides/Arquivos Originais/._01.2aula.pdf
Slides/Arquivos Originais/01.grupo.pdf
1
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Topologias
2
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Parâmetros de Comparação
� Confiabilidade
� Desempenho
� Custo
� Possibilidade de Expansão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Topologias
�Estrela
�Anel
�Barra
�Grafo
3
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Grafo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Totalmente Ligados
4
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Parcialmente Ligados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estrela
5
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estrela
A
F
B
C
DE
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estrela
A
F
B
C
DE
6
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutadores
� Os comutadores podem realizar comutação de
circuito, pacote ou comutação rápida de pacote.
� Os comutadores que realizam a comutação de pacotes
(rápida ou não), são classificados em:
• store-and forward switch (buffered switch)
– Detecção de erro é realizada antes da transmissão na porta de
saída
• cut-through switch:
– Mensagem passada da porta de entrada à porta de saída logo
que esta possa ser determinada, mesmo antes da chegada do
pacote inteiro pela porta de entrada.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estrela
A
F
B
C
DE
� Confiabilidade
� Desempenho
� Custo
� Possibilidade de
Expansão
7
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
8
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
Interface do Anel
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel com Repetidor Interno
9
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interface do Anel
Anel com Repetidor Externo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estação
em Falha
Estação
Ativa
Relés de Bypass
10
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel Primário
Anel de Concentradores
C Ls ≤
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Concentrador Passivo
11
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Concentrador Ativo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Duplo Anel
12
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
Anel Primário
Anel Secundário
Repetidor
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel Primário
Anel Secundário
Falha
Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
13
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel Primário
Anel Secundário
Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Múltiplos Anéis
B B
14
14
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
� Confiabilidade
� Desempenho
� Custo
� Possibilidade de
Expansão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Barra
15
15
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Barra
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Barra Dupla
16
16
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede em Barra
� Ao contrário da topologia em anel, as topologias em barra podem
empregar interfaces passivas, nas quais as falhas não causam a
parada total do sistema.
� A ligação ao meio de transmissão é um ponto crítico no projeto de
uma rede local em barra comum. A ligação deve ser feita de forma
a alterar o mínimo possível as características elétricas do meio.
� A ligação das estações ao meio de comunicação é realizada através
de um transceptor (transmissor/receptor), que tem como funções
básicas transmitir e receber sinais, bem como reconhecer a
presença destes sinais no meio.
ZZ 00 ZZ 00
Transceptor
T erminador Terminador
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Expansão da Barra
17
17
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Barra-Estrela: HUBS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Múltiplos Concentradores
18
18
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Barra
� Confiabilidade
� Desempenho
� Custo
� Possibilidade de
Expansão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Hubs e Switches
Hub ou Switch
19
19
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Múltiplos Comutadores
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede em Grafo
20
20
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Inter-rede
estações
comutado res
gateways
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Inter-rede
� Muitas vezes é conveniente dividir esse grafo em
vários sub-grafos, cada um formando
uma rede:
• Regras (protocolos) de comunicação diferentes para sub-grafos
diferentes.
– Necessidade de Gateways.
• Divisão em diferentes domínios administrativos gerenciados por
empresas diferentes.
• Facilitar a aplicação de algoritmos em u m grafo com um grande
número de nós.
– O roteamento é umdesses algoritmos. A divisão emdomínios
permite um roteamento hierárquico mais eficiente .
• Requisitos de comunicação do interior do grafo são diferentes do
da borda.
– Redes de Acesso
– Redes backbone
21
21
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquiteturas e Protocolos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura de Rede
� Os grandes fabricantes desenvolveram soluções
proprietárias para a interconexão de seus
equipamentos
– IBM - System Network Architecture (SNA)
– DEC - Digital Network Architecture (DNA)
� Arquitetura de Rede
• conjunto de convenções para interconexão de equipamentos
22
22
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Organização Hierárquica
� Da experiência obtida no projeto de redes, vários
princípios surgiram, dentre eles se destaca a idéia de
estruturar a rede como um conjunto de camadas
hierárquicas, cada uma sendo construída utilizando
as funções e serviços oferecidos pelas camadas
inferiores.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura em Camadas
� Princípio do “Dividir para Conquistar”
� Facilidade de Modificação
� Validação
23
23
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura de Redes
� A arquitetura da rede é formada por níveis (ou
camadas), interfaces e protocolos. Cada nível oferece
um conjunto de serviços ao nível superior, usando
funções realizadas no próprio nível e serviços
disponíveis nos níveis inferiores.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura de Redes
� O número de camadas, o nome, o conjunto de
funções e serviços, e o protocolo de cada camada
varia de uma arquitetura de rede para outra.
� Inicialmente, cada vendedor desenvolveu sua própria
arquitetura de modo que seus computadores
pudessem trocar informações entre si. Essas
arquiteturas são denominadas proprietárias porque
são controladas por uma única entidade: o vendedor.
24
24
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interoperabilidade
� Para permitir o intercâmbio de informações entre
computadores de fabricantes distintos tornou-se
necessário definir uma arquitetura única, e para garantir
que nenhum fabricante levasse vantagem em relação
aos outros a arquitetura teria que ser aberta e pública.
� Foi com esse objetivo que a International Organization
for Standardization (ISO) definiu o modelo
denominado Reference Model for Open Systems
Interconnection (RM-OSI).
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura OSI
25
25
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura OSI
� Open System Interconection
� ISO
� Sete camadas funcionais
PUC-Rio / DI
TeleMídia
(N)-service
entity
(N)-service
entity
(N-1)-service provider
(N)-service protocol
specification
(N-1)-service access point
Fornecedores e Usuários de Serviço
26
26
PUC-Rio / DI
TeleMídia
(N)-service
user
(N-1)-service
entity
(N-1)-service
entity
(N-2)-service provider
(N)-service
user
(N-1)-service provider
(N-1)-service protocol
specification
(N-1)-service access point
(N-2)-service access point
Fornecedores e Usuários de Serviço
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Terminologia RM-OSI
� Um serviço representa um conjunto de funções oferecidas a um
usuário por um provedor (fornecedor). O serviço oferecido por
um provedor é acessado por um usuário através de um ponto de
acesso ao serviço (Service Access Point SAP).
Usuário do
serviço (N)
Usuário do
serv iço (N)
pontos de acesso ao serv iço (N)
pontos de acesso ao serviço (N-1)
Fornecedor do serv iço (N)
p rotocolo d o serviço (N) Entidade do
serviço (N)
E nt idade do
serv iço (N)
Fornecedor do serv iço (N-1)
pr otocolo do serviço (N-1 )
Enti dade do
serviço (N-1)
Ent idade do
serv iço (N-1)
Camada
(N)
Camada
(N-1)
27
27
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço
� Um protocolo pode oferecer serviços de dois tipos:
• Serviços orientados a conexão
• Serviços sem conexão
� Como visto anteriormente, na comutação de pacotes
o estabelecimento de conexão antes da troca de dados
não é obrigatória e sim opcional.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços Orientados a Conexão
O serviço é dividido em três fases de operação:
� Estabelecimento da conexão: nessa fase, os usuários e
o fornecedor do serviço negociam parâmetros e
opções que irão determinar o modo como o serviço
será utilizado.
� Transferência de dados: nessa fase, os usuários do
serviço trocam dados.
� Liberação da conexão: nessa fase, a ligação entre os
usuários é desfeita.
28
28
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços Não Orientados a Conexão
� Unidade de dados são transmitidas do SAP de origem
para um ou mais SAPs de destino, sem que para isso
seja estabelecida uma conexão entre eles.
� Toda a informação necessária para transmitir a
unidade de dados (endereço, parâmetros de qualidade
do serviço etc.) é passada para a camada que vai
fornecer o serviço, junto com os dados a serem
transmitidos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perfis Funcionais
� Deve ser ressaltado que o RM-OSI, por si só, não define a
arquitetura de uma rede. Isso acontece porque ele não especi fica
com exatidão os serviços e protocolos de cada camada. Ele
simplesmente “ diz o que cada camada deve fazer”.
� O fato de dois sistemas distintos seguirem o RM-OSI não
garante que eles possam trocar informações entre si, pois o
modelo permite que sejam usadas diferentes opções de
serviços/protocolos para as várias camadas.
� Para que dois sistemas quaisquer possam trocar informações é
necessário que escolham opções compatíveis de
serviço/protocolo para todas as camadas do modelo.
� Com o objetivo de definir grupos de opções de
serviços/protocolos padronizados, a ISO elaborou o conceito de
perfis funcionais. Se dois sistemas seguirem o mesmo perfil
funcional eles garantidamente irão comunicar-se, pois nesse
caso as opções de serviço/protocolo adotadas serão compatíveis.
29
29
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RM-OSI
� O RM-OSI propõe uma estrutura com sete níveis
como referência para a arquitetura dos protocolos de
redes de computadores.
Nível 7
Nível 6
Nível 5
Nível 4
Nível 3
Nível 2
Nível 1
Nível 7
Nível 6
Nível 5
Nível 4
Nível 3
Nível 2
Nível 1
Sistema Aberto
A
Protocolo do Nível 7
Protocolo do Nível 6
Protocolo do Nível 5
Protocolo do Nível 4
Protocolo do Nível 3
Protocolo do Nível 2
Protocolo do Nível 1
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Interface 4/5
Interface 5/6
Interface 6/7
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Interface 4/5
Interface 5/6
Interface 6/7
Sistema Aberto
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modelo OSI
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sessão
Apresentação
Usuário
30
30
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE R
Rede
Enlace
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS41 AB
2 AB3 AB
OSI
ES
ES
A
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE RTransporte
Rede
Enlace
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES A
ES B
31
31
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Transporte
� O nível de rede não garante necessariamente que um
pacote chegue a seu destino, e pacotes podem ser
perdidos ou mesmo chegar fora da seqüência original de
transmissão. Para fornecer uma comunicação fim a fim
verdadeiramente confiável é necessário um outro nível
de protocolo, que é justamente o nível de transporte.
Esse nível vai isolar dos níveis superiores a parte de
transmissão da rede.
� O objetivo principal da camada de transporte é, então,
tornar transparentes para seus usuários possíveis
variações da confiabilidade do serviço fornecido pela
camada de rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Transporte
� Na camada de transporte a comunicação é
verdadeiramente fim a fim, isto é, a entidade da
camada de transporte da máquina de origem se
comunica apenas com a entidade de transporte da
máquina de destino. Isto pode não acontecer nos
níveis físico, de enlace e de rede onde a comunicação
também se dá entre máquinas adjacentes
(intermediários na comunicação) na rede.
32
32
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Níveis 1 a 4 em uma Rede em Grafo
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Protocolo de Aplicação
Protocolo de Transporte
Protocolo de Rede
Protocolo de Enlace
Protocolo de Nível Físico
Sistemas
Retransmissores
Sistema Aberto
A
Sistema Aberto
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia�Circuito Virtual
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE RTransporte
Rede
Enlace
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
OSI
ES A
ES B
33
33
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE R
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
Sessão
Sessão
Apresentação
Apresentação
OSI
ES A
ES B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Qual a diferença entre um hub e um switch?
� Dê duas formas de implementação de um switch, diga suas vantagens e desvantagens,
salientando em que condições são mais favoráveis seus usos.
� Faça uma análise da topologia em estrela com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
� Por que uma anel tende logicamente a uma barra?
� Por que um concentrador único de uma rede em anel funciona como um hub?
� Faça uma análise da topologia em anel com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
� O que é um hub em uma topologia em barra?
� Faça uma análise da topologia em barra com rela ção ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
� Qual a diferença entre uma topologia física e uma lógica? Dê exemplos.
� Por que a A instalação física das redes tem sofrido uma forte tendência na direção da
utilização de hubs?
� Podemos dizer que a extensão de uma rede em estrela é uma rede em grafo? Como isto se dá?
� Por que é conveniente a divisão de uma grande rede em vária redes menores interligadas?
Qual o nome que se dá às estações responsáveis pela interligação dessas redes?
34
34
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que são serviços orientados a conexão e serviços sem conexão?
� Faz sentido um serviço orientado a conexão em uma rede comutada
por pacotes?
� Como pode haver uma serviço orientado a conexão em uma rede
onde os pacotes podem seguir caminhos diferentes na rede?
� Quais os serviços obrigatórios de cada camada do modelo ISO-
OSI?
� Se duas redes seguem o modelo OSI elas obrigatoriamente são
interoperáveis? Por que? O que são perfis funcionais?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão de Dados no Modelo OSI
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
DadosDados
A Dados
DadosAA
DadosAAS
DadosAAST
DadosAASTR
EDadosAASTRE
EDadosAASTREF F
ADados
DadosAA
DadosAAS
DadosAAST
DadosAASTR
EDadosAASTRE
EDadosAASTREF F
Usuário
Transmissor
Usuário
Receptor
35
35
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RS-232C
RS-488
HDLC
SDLC
TCP
LU 6.2
ISO Session 8327
X-400
X-25 Nível 3
LAP B
X-21
V-28
X-25
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sessão
Apresentação
Usuário
IP
ISO 8473
ISO Presentation 8823
{
ISO8073-TP4
ISO 8571 - FTAM
Implementações das Camadas OSI
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Internet
Aplicação
T ransporte
Inte r-rede
Inte rface de
Rede
Host A Host B
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de
Rede
Inter-rede
mensagem
idêntica
pacote
idêntico
Gateway
datagrama
idêntico
quadro
idêntico
quadro
idêntico
datagrama
idêntico
In terfac e de
Re de
Interface de
R ede
Rede Física 1
Intra-rede Intra-rede
Rede Física 2
36
36
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura OSI e Internet
Arquitetura Internet
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de Rede
Intra-rede
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Arquitetura OSI
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquiteturas e Protocolos
37
37
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível Físico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível Físico
� O nível físico fornece as caract erísticas mecânicas, elétricas,
funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões
físicas para a transmissão de bits entre entidades de nível de enlace
(ou ligação), possivelmente através de sistemas intermediários.
� O protocolo de nível físico dedica-se à transmissão de uma cadeia de
bits. Ao projetista desse protocolo cabe decidir como representar 0's e
1's, quantos microssegundos durará um bit (intervalo de sinalização),
se a transmissão será hal f-duplex ou full-duplex, como a conexão será
estabelecida e desfeita, quantos pinos terá o conector da rede e quais
seus significados, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos.
� A função do nível físico é permitir o envio de uma cadeia de bits pela
rede sem se preocupar com o seu significado ou com a forma como
esses bits são agrupados. Não é função desse nível tratar de
problemas tais como erros de transmissão.
38
38
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
� Ainda no século XIX, um famoso matemático francês
chamado Jean Fourier provou que qualquer sinal
periódico, expresso como uma função do tempo g(t),
com período T0, pode ser considerado como uma
soma (possivelmente infinita) de senos e cossenos de
diversas freqüências.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ou
∑
∞
=
++=
1
0 )2cos(
2
)(
n
nn nftcctg θpi
( ) ( )∑∑
∞
=
∞
=
++=
11
0 2cos22
1)(
n
n
n
n nftbnftsenaatg pipi
39
39
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RESUMINDO
� Todo e qualquer sinal pode ser decomposto através de
uma soma (finita
ou infinita) de ondas cossenoidais.
� Representar um sinal no domínio do tempo é
representar o valor da amplitude do sinal para cada
instante do tempo
� Representar um sinal no domínio da frequência é
representar a amplitude de cada onda cossenoidal que
compõe o sinal, ou seja, representar o seu espectro de
frequência.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
� Denomina-se banda passante de um sinal o intervalo
de freqüências que compõem este sinal.
� A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua
banda passante (ou seja, a diferença entre a maior e a
menor freqüência que compõem o sinal).
40
40
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Banda de Frequências (Banda Passante)
• Intervalo de frequências que compõe o sinal
– Ex.: um sinal digital temuma banda de frequências
� Largura de Banda
• Diferença da maior para a menor frequência da banda do sinal
– Ex.: um sinal digital temlargura de banda infinita.
Banda Passante e Largura de Banda de
um Sinal
0 , +∞
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distorção de Frequência
� Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem
que hajam perdas de energia durante o processo.
� Perdas de energia signifi cam reduções na amplitude de sinais
componentes.
� Se todos os sinais componentes fossem igualmente reduzidos em
amplitude, o sinal resultante seria todo reduzido em amplitude,
mas não distorcido.
� Infelizmente, a característica dos meios de transmissão é a de
provocar perdas nos diversos sinais componentes em diferentes
proporções, provocando a distorção do sinal resultante
transmitido.
41
41
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
TransmissorTransmissor ReceptorReceptor
Banda
Passante do
Receptor
Banda
Passante do
Transmissor
Banda
Passante do
Meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante do Meio Físico
� Chamaremos banda passante do meio físico àquela
faixa de freqüências que permanece praticamente
preservada pelo meio.
42
42
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante Necessária
� No caso de transmissão de sinais digitais, torna-se
interessante definir a banda passante necessária como
a largura de banda mínima capaz de garantir que o
receptor ainda recupere a informação digital
originalmente transmitida.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
H
a
r
m
ô
n
i
c
o
s
43
43
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Recuperação do Sinal Digital
Transmissão
T
Intervalos de sinalização
T
Instantes de amostragem
ReceptorReceptorTransmissorTransmissor
T
Sinal recuperado
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Relação entre Banda Passante e Taxa de
Transmissão
0 1 0
0 400 10 - MHz Mbps⇔
X
010
X
X
0 400 100 - MHz Mbps⇔
X
X
X
0
44
44
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modulação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Utilização da Banda Passante Meio de
Transmissão
0 40 400
“Desperdício”
Como melhorar a utilização do meio de transmissão ?
45
45
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Utilização da Banda Passante do Meio
de Transmissão
C0
0 40 400
C1 C2
80 160
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação na Frequência
46
46
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação por
Divisão da Frequência
F1
F2
F3
F4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MODEM
Filtro
Demodulador
R1R1
f 1
Filtro
Demodulador
R2R2
Filtro
Modulador
T2T2
f2
Filtro
Modulador
T1T1
MODEM
47
47
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação na Frequência
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação na Frequência
Comutador
Canal 3
Canal 12
48
48
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação no Tempo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação no Tempo
T
A1
Banda DesperdiçadaDados
B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
Primeiro Ciclo Segundo Ciclo
Para computador remoto
A
B
C
D
� Multiplexação Síncrona
(TDM)
(synchronous Time
Division Multiplexing)
B1: Canal Chav eado Ponto-a-Ponto
A1: Canal Dedicado Ponto-a-Ponto
49
49
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mutiplexação
� No tempo (TDM):
• Síncrona (STDM):
– O tempo é dividido em ciclos de tamanho (bits) fixo, que se
repetemao longo do tempo.
– O ciclo é dividido em segmentos de tamanho fixo, de acordo
com sua posição
– O canal é formado por uma seqüência de segmentos:
– A alocação do canal pode ser estática ou dinâmica
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação Síncrona no Tempo
50
50
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação no STM
Quadro
125 µµµµ s
Quadro
125 µµµµ s
Comutador
STM
Canal 3
Canal 12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
� Chaveamento por Divisão Espacial
• (Space Division Switching - SDS)
– Cada nó fecha um circuito físico entre entrada e saída
� Chaveamento por Divisão da Frequência
• (Frequency Division Switching - FDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequência de canais de frequência
� Chaveamento por Divisão do Tempo
• (Time Division Switching - TDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequencia de canais em linhas TDM síncronas
51
51
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação Assíncrona
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TDM Assíncrono
Para o Meio Físico
A
B
C
D
A1 B1 B2 C2
Capacidade Extra DisponívelCabeçalho
T
t1 t2
52
52
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Comutador
STM
53
53
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Meios de Transmissão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
54
54
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
� Dois fios metálicos (em geral de cobre) enrolados em
espiral
• trançado: tende a manter constante as propriedades elétricas ao
longo do caminho de transmissão
• melhor desempenho que umpar emparalelo para distâncias grandes
� Propriedades dependem do diâmetro e da qualidade
dos fios utilizados
• taxas de transmissão podem chegar a alguns poucos megabits por
segundo, dependendo da distância entre os extremos
• bastante susceptível a ruídos (BLINDAGEM)
• menor custo por comprimento
• alta maleabilidade - facilidade de instalação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
Unshielded Twisted Pair
55
55
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado Blindado
Shielded Twisted Pair
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector RJ-45
56
56
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector Token-Ring
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial
57
57
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial
� Condutor cilíndrico interno circundado por tubo metálico
(separados por material dielétrico)
• condutor interno: em geral de cobre
• tubo metálico: blindagem eletrostática
• material dielétrico: ar seco ou plástico
� Popular em TV a cabo
� Suporta taxas de transmissão mais altas que o par trançado, para
uma mesma distância
• alcança, tipicamante, 10 Mbps em distancias da ordem de 1 Km
� Boa imunidade a ruído
� Custo por comprimento maior que o do par trançado
� Menor maleabilidade que o par trançado - mais difícil de
instalação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial Grosso
(Thick Coaxial Cable)
58
58
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial Fino
(Thin Coaxial Cable)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector BNC
59
59
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector BNC T
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
60
60
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
� Filamento de sílica
� Atenuação não depende da frequência
• permite taxas altíssimas
– 16 Gbps (em laboratório)
� Imune a interferências eletromagnéticas
� Isolamento completo entre transmissor e receptor
� Custo por comprimento mais elevado
� Ligações complicadas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
61
61
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conectores ST
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
Modulador Amplificador
Detetor
Fonte de luz
Fibra Ótica
Sensor ótico
Sinais Elétricos Sinais ElétricosSinais Óticos
62
62
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
� Diodo Emissor de Luz
(Light Emitting Diode - LED)
• atinge taxas da ordemde 150 Mbps
• potênciasuficiente para o sinal se propagar de
10 a 15 Kmsemrepetidores
� Laser
• monocromático
• coerente (ondas alinhadas emfase)
• intensidade alta
• raios paralelos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
� Monomodo
Diferentes índices
de refração
5 µ m
75 µ m
63
63
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
� Multimodo
Diferentes índices
de refração
50 µ m
100 µ m
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
� Multimodo com Índice Gradual
100 µ m
64
64
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação e Transmissão de
Informação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão
� O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
� Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequência maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
65
65
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão Serial Assíncrona
Stop Parity
Start Start
Transmissão serial
1 0 1 0 0 1 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão
� O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
� Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequência maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
66
66
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Código Manchester
• bit “1” - transição positiva (subida) no meio do intervalo desinalização do
bit
• bit “0” - transição negativa (descida) no meio do intervalo de sinalização
do bit
Bits
Sinal NRZ
Onda de Relógio
Manchester
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação Manchester
� Sincronismo entre transmissor e receptor
� Detecção de portadora
� Detecção de colisão
� Transmissão de quatro símbolos
• “0”
• “1”
• “J”
• “K”
67
67
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que é uma transmissão simplex, half-duplex e full-duplex? Dê duas
formas de implementação de uma comunicação full duplex.
� O que é uma ligação ponto-a-ponto e multiponto?
� O que é representar um sinal no domínio do tempo? E no domínio da
frequência?
� O que é banda passante e largura de banda de umsinal? Qual a largura de
banda de umsinal digital?
� O que é banda passante necessária de umsinal?
� Qual a diferença entre sinal e informação?
� Um sinal pode ser deformado semque se perca informação? Dê exemplo?
� Por que um meio físico de alta velocidade é chamado de meio de banda
larga?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que é modulação? Qual a diferença para a multiplexação de frequência?
� O que é multiplexação no tempo?
� O que é multiplexação síncrona e assíncrona?
� Qual a diferença entre TDM e TDMA?
� Qula a diferença entre FDM e FDMA?
� O que é comutação? O que é comutação na frequência e no tempo?
� O que é um comutador síncrono e assíncrono no tempo? Em que tipos de redes são utilizados?
Quais as multiplexações são utilizadas em suas linhas?
� O que são as hierarquias plessiócronas?
� Qual a diferença entre uma fibra monomodo, multimodo e multimodo com índice gradual?
� Para que serve a codificação manchester? Como através dela é possível realizar a detecção de
portadora e a detecção de colisão? Pode existir colisão em ligação ponto-a-ponto? Por que a
codificação manchester é chamada dibit?
68
68
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Considere um sinal analógico cujo espectro é ilustrado na figura abaixo
Se considerarmos que a banda passante necessária para manter uma boa
qualidade desse sinal (definida por uma determinada aplicação) corresponde à
faixa na qual a amplitude das componentes permanece maior ou igual a maior
amplitude de todas as componentes (Amax) dividida por , pergunta-se:
• Utilizando FDM em um meio físico cuja banda passante vai de 800 kHz a 900 kHz,
quantos canais do sinal acima podem ser acomodados considerando que é necessário
inserir bandas de guarda (bandas entre canais) de 500 Hz ?
• Considerando o mesmo meio físico da questão a), quais serão as faixas de freqüência
que os filtros de cada canal deverá atuar?
Freqüência (Hz)
Ampli tude dos Sina is Componente s
Amax
2
max
A
500 10 00 1500 20 00 250 0 3 000 350 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Enlace
69
69
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
� Delimitação e transmissão de quadros
� Detecção de erros
� Controle de Acesso
� Correção de erros que por ventura ocorram
no nível físico (opcional)
� Controle de fluxo (opcional)
� Multiplexação (opcional)
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Delimitação de Quadros
Para cri ar e reconhecer os limites dos quadros são usados
basicamente cinco métodos.
� Contagem de caracteres
� Transparência de caracteres
� Transparência de bits
� Violação de código
� Caça ao cabeçalho
70
70
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Contagem de Caracter
� Na contagem de caracteres, um campo no cabeçalho informa o
número de caracteres do quadro.
� Supondo que um quadro vem logo a seguir a outro, fica assim
determinado o fim de um quadro e o início de outro.
� Para delinear o primeiro quadro ou resincronizar a delimitação,
pode ser utilizado, por exemplo, o quinto método: “ caçada do
cabeçalho”.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transparência de Caracteres
� A transparência de caracteres baseia-se na utilização
de caracteres delimitadores. O método utiliza caracteres
especiais para indicar o início e o final do quadro.
� O problema dessa abordagem é que os caracteres
delimitadores podem aparecer entre os dados
transmitidos no quadro. Para contornar esse problema,
toda vez que um delimitador aparece nos dados, é
inserido (stuffed) antes dele um outro caracter especial.
Quando o destinatário recebe um delimitador precedido
do caracter especial ele conclui que, nesse caso, o
caracter delimitador faz parte dos
dados do quadro.
71
71
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transparência de Bits
� Transparência de bits (bit stuffing) utiliza seqüências especiais
de bits, denominadas flags, para delimitar os quadros. Para
evitar que ocorrências da seqüência delimitadora nos dados
sejam interpretadas incorretamente, bits adicionais são
acrescentados aos dados, de forma semelhante à transparência de
caracteres.
� O protocolo HDLC utiliza essa técnica e usa o padrão 01111110
como delimitador. Sempre que o transmissor encontra seis bits
consecutivos iguais a 1 nos dados que vai transmitir, ele insere
(stuffs) um bit 0 na cadeia de bits. Quando o receptor encontra
seis bits 1 consecutivos, seguidos de um bit 0, ele
automaticamente retira (destuffs) o bit 0.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Violação de Códigos
� O quarto método baseia-se na violação de códigos do nível físico.
� Esse método só pode ser usado em redes cuja codificação dos bits
no meio físico possui alguma forma de redundância.
� Por exemplo, na codificação Manchester (utilizado nas redes
Ethernet e token ring) o bit 0 é codificado por uma transição
negativa no sinal, e o bit 1 por uma transição positiva. Os símbolos
onde não há transi ção (J e K) não são usados para representar
dados, podendo ser então utilizados para delimitar os quadros.
� Outros exemplos de utilização da violação de códigos podem ser
encontrados nos códigos blocados 4 entre 5 (utilizado nas redes
FDDI e ATM) e 8 entre 10 (utilizado nas redes Fiberchannel e
ATM)
72
72
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação 4 entre 5
Símbolo Valor (5bits)
Símbolos de Dados
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Símbolos de Controle
Quiet
Idle
Halt
J
K
T
Control Reset
Control Set
11110
01001
10100
10101
01010
01011
01110
01111
10010
10011
10110
10111
11010
11011
11100
11101
00000
11111
00100
11000
10001
01101
00111
11001
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação NRZI
Bits
NRZ
Relógio
Manchester
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
NRZI
73
73
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Caça ao Cabeçalho
� Neste método, o cabeçalho do quadro é terminado com um campo
para detecção de erro, denominado HEC (header error check).
� Inicialmente, no estado de caça (HUNT), o quadro é monitorado
bit a bit, através de uma janela de tamanho igual ao tamanho do
cabeçalho, incluindo o campo HEC). A cada entrada de um bit do
quadro nessa janela, a corretude do “suposto cabeçalho” é
veri ficada (at ravés do “ suposto HEC”). Quando uma seqüência
correta é detectada o início do quadro está delimitado.
� Seu final pode ser delimitado, ou pelo quadro ter um tamanho fixo
que se sabe a priori (como é o caso da utilização desse método em
redes ATM), por contagem de caracteres, ou por um outro método
qualquer.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Técnicas de Detecção de Erro
� Paridade
� Checksum
� CRC
74
74
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Pacote
Informação FCSOrigemDestino EDSD
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Acesso
� Cabe ao nível de enlace disciplinar o acesso ao meio. Este controle
pode ser centralizado ou distribuído.
� No controle centralizado, uma máquina fica responsável pelo controle
do acesso (estação primária), que é por ela gerenciado através do
envio de um quadro poll perguntando se cada uma das outras
máquinas (estações secundári as) possui dados a transmitir (lembre-se
que a ligação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto. Em caso positivo
a estação secundária transmite seus dados após receber o quadro poll.
� No controle distribuído as estações são consideradas logicamente
iguais tendo o mesmo direito de acesso ao enlace. Nesse modo de
operação todas as estações são responsáveis pelo controle de acesso
ao meio físico.
75
75
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação x Acesso
� FDM
• FDMA
� TDM
• TDMA
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Alguns exemplos de protocolos de
acesso (M)
� Centralizado
• Modo de resposta normal do protocolo HDLC [ISO 84a, ISO 84b, ISO
84c].
� Distribuído:
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.3: CSMA/
CD (usado nas redes Ethernet)
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.4: token bus
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.5: token ring
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.6: DQDB
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão ANSI X3T9: FDDI
76
76
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso ao
Meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Características dos Protocolos
� Capacidade
� Estabilidade em sobrecarga
� Justiça (“fairness”)
� Prioridade
� Retardo de transferência
77
77
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso
Baseados em Contenção
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
78
78
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
Tempo
R2
Timeout + Backoff
Transmissor 2
T1 R1T2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
� Capacidade
• Aloha 18%
� Equidade
� Prioridade
� Retardo de transferência
� Estabilidade em sobrecarga
79
79
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Slotted Aloha
Tempo
T1 T2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha X Slotted-Aloha
T1
Tempo ocioso
T1
Aloha
Slotted-Aloha
80
80
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha X Slotted-Aloha
Tempo de Desperdício
Tempo de Desperdício
Aloha
Slotted-Aloha
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
� Capacidade
• Aloha 18%
• Sloted Aloha 36%
� Equidade
� Prioridade
� Retardo de transferência
� Estabilidade em sobrecarga
81
81
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
(Carrier Sense Multiple Access)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
Tempo
T1 T2
82
82
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
R2 R2
Timeout + Backoff
Transmissor 2
T1
T2
Tempo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
Estação Ativa
Transmite
Colisão?
Sim
Não
Sim
Não
Meio Livre?
Retardo Aleatório
83
83
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
Quero Transmitir
O meio está livre?
Não
Sim
Esperar um tempo
aleatório
O meio ainda está
livre?
Transmitir
Esperar um tempo
aleatório
O ACK chegou?
Não
Sim
Fim
Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
Tempo
T1
T2
T3
Colisão
84
84
PUC-Rio / DI
TeleMídia
O Protocolo CSMA/CD
� O protocolo CSMA/CD é um dos mais populares, por ser o protocolo
de acesso das redes Ethernet. Para regular o acesso ao enlace, todas
as estações nele ligadas, deve realizar o seguinte algoritmo:
Estação Ativa
Transmite
Colisão?
Sim
Não
Sim
Não
Meio Livre?
Para de transmitir
Espera um retardo Aleatório
SUCESSO
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
CSMA/CD
B detecta a colisão
85
85
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
A recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreu
colisão
CSMA/CD
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
A detecta a colisão
CSMA/CD
86
86
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
�M >= 2 C Tp
• M é o tamanho do pacote em bits
• C é a taxa de transmissão da rede em bps
• Tp é o tempo de propagação do sinal no meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
� E = 1 / (1 + 3,4 a)
� a = Tp / P
• P é o tempo de transmissão de umpacote
87
87
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
� E = 1 / (1 + 3,4 a)
� a = Tp / P
• P é o tempo de transmissão de umpacote
� P = M / C Tp = L / Vc
� a = L.C / Vc.M = L.C / k
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso
Ordenado
88
88
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso Ordenado
� Retardo de transferência limitado
� Justo (“fair”)
� Estável em sobrecarga
PUC-Rio / DI
TeleMídia
89
89
PUC-Rio / DI
TeleMídia
C C
V V
C
V
C
V
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Inserção de Retardo
RDR
RDT
1
2
3
Registro de
Recepção
Registro de
Transmissão
Anel
Interface
90
90
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Quais as funções obrigatórias e opcionais do nível de enlace?
� Faça todas as combinações possíveis dos algoritmos para delimitação de
início e fimde pacotes e destaque aquelas que não funcionam.
� Explique a detecção de erro por CRC.
� Como pode ser feita a detecção de colisão emuma rede CSMA? E emuma
rede CSMA-CD? Por que o serviço da primeira é chamado de confiável e
o da segunda de não confiável? Qual o melhor?
� Por que existe um tamanho de mensagem mínimo em uma rede CSMA-
CD? Como esse tamanho varia com a maior distância entre estações da
rede e a taxa de transmissão utilizada?
� Porque a eficiência de uma rede CSMA-CD tambémdepende da distância
e da taxa de transmissão?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Sabendo-se que:
• o tamanho mínimo (em octetos) que deve ter a soma dos campos INFO e PAD em
uma rede utilizando CSMA/CD é 64 octetos;
• as estações são ligadas diretamente a um comutador (switch) por um enlace cujo
comprimento é igual a 100m;
• a velocidade de propagação no meio (enlace) é igual a 250.000 km/s.
• cada comutador interligando duas estações introduz um retardo equivalente ao tempo
de transmissão de 13 octetos, em cada comutação;
• a taxa de transmissão é de 100 Mbps;
• Qual a distância máxima entre duas estações na rede?
• Sintaxe da mensagem
� Obs: 1)No cálculo da mensagem mínima, o preâmbulo e o campo SD
não devemser levados emconsideração.
FCSPreâmbulo SD DA PADINFOLengthSA
7 1 6 6 2 4 (octetos)
91
91
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Imagine que você queira utilizar uma rede CSMA/CD, de acordo com o
padrão IEEE-802.3, para transmissão de voz digitalizada. Sabe-se que
cada pessoa falando (enviando voz ou silêncio) gera na rede uma taxa de
dados (informação) de 48Kbps, e que, por motivos de retardo de
empacotamento e perdas, o tamanho do segmento de informação de voz
a ser transportado emum pacote é de no máxi mo 48 bits (campo INFO).
Pelo padrão mencionado, a sintaxe do pacotede dados é a apresentada na
figura abaixo. Suponha que a rede opera a 10Mbps em um cabo coaxial
cuja velocidade da luz é de 210.000 Km/seg, cabo cujo comprimento
pode atingir até 2,5 Km. Supondo ainda que o tempo de geração de
pacotes de voz é aleatório, pergunta-se:
E = (M/C) / (M/C + 3,4 tp)
• 1) Qual o tamanho total da mensagem transmitida?
• 2) Quantas estações transmitindo voz simultaneamente poderemos ter no máximo nesta
rede?
• 3) No caso da pergunta anterior, qual é a taxa de transmissão efetiva da rede, isto é,
aquela utilizada na transmissão dos segmentos de dados de voz?
FCSPreâmbulo SD DA PADINFOLengthSA
7 1 6 6 2 4 (octetos)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Os itens abaixo estão relacionados aos trabalhos de laboratório
referentes aos níveis físico e de enlace. Responda de acordo com a
implementação de sua equipe:
• Explique como foram realizadas a transmissão e recepção de bytes no nível físico?
• Qual o critério utilizado para a escolha do IFS? O que acontece quando escolho um
IFS muito grande ou muito pequeno?
• Suponha que em sua rede, as estações E1 e E2 estejam executando o programa que
implementa o nível de enlace e o físico, mas que a estação F esteja executando
somente o nível físico. O IFS da rede é de 3 segundos e suponha também que o tempo
de transmissão de um quadro Q de tamanho máximo é de 0,5 segundos. Considere
agora os seguintes eventos:
– No instante 0s, a estação E1 detectou meio livre (ela já vinha “escutando” o
meio) e imediatamente começou a transmitir Q por difusão (broadcast).
– No instante 1s, o nível de enlace da estação E2 recebeu um quadro Q para
transmitir para E1.
– No instante 2s, a estação F iniciou uma transmissão de 0,25s de alguns bytes.
Ao final de 10 segundos, o que aconteceu na rede? Quando E2 começou a transmitir?
Quem recebeu o quê?
92
92
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Token Ring
� Single Packet
� Single Token
� Multiple Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Packet
93
93
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Packet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Packet
94
94
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Single Packet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Token
95
95
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Token
96
96
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
97
97
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
98
98
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
T2
R 2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
T2
R 2
99
99
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Token Ring
� Capacidade
� Equidade
� Prioridade
� Retardo de transferência
� Estabilidade em sobrecarga
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
100
100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Histórico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
� Formato da PDU da Camada MAC
56 Bits
Preâmbulo
48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits
Destinatário Remetente Comprimento Dados FCS
8 Bits
SD PAD
101
101
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
� Semântica do Protocolo da Camada MAC
• CSMA-CD
• Espera Aleatória Exponencial Truncada
– o número de intervalos da espera varia de 0 a 2n
– nas primeiras 10 tentativas n varia de 1 a 10, nas tentativas
subsequêntes, n continua como valor 10.
– depois de 16 tentativas malsucedidas, a interface reporta tempo
de acesso infinito.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.3
� 10Base5
� 10Base2
� 10BROAD36
� 10BaseT
� 10BaseF
� 100BaseT
102
102
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comprimento Máximo de um Segmento
Segmento
Distancia máxima
10Base5
500
metros
10Base2
185
metros
10BaseF
Depende da
tecnologia de
transmissão
(até 2 Km)
10BaseT
100 - 150
metros
10Broad36
3600
metros
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base5
Conector “N” Macho
Conector de pressão
(MDI)
Conector AUI
de 15 pinos
Cabo Coaxial Grosso
Interface ETHERNET
com MAU externo
MAU
Cabo AUI
Terminador 50 Ohm
103
103
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Número Máximo de Estações
por Segmento 10Base5
500 metros
Distância mínima
2.5 metros
Estação 1 Estação 100Estação 99Estação 2
100 estações por segmento
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Taxa de transmissão: 10 Mbps
� Transmissão: Banda Básica (Baseband)
� Codificação: Manchester
� Cabeamento: Coaxial Grosso
50 Ohms
(Thick Coax)
� Topologia física em Barramento
IEEE 802.3 10Base5
104
104
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base2
Conector BNC Macho
Terminador BNC Macho 50 Ohm
Conector T BNC
MDI BNC Fêmea
Cabo Coaxial Fino
Interface ETHERNET
com MAU interno
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Número Máximo de Estações por
Segmento 10Base2
185 metros
Distância mínima
0.5 metros
Estação 1 Estação 30Estação 29Estação 2
30 estações por segmento
105
105
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base2
� Também conhecido como Thin-Ethernet ou
Cheapernet
� Taxa de transmissão: 10 Mbps
� Transmissão: Banda Básica (Baseband)
� Codificação: Manchester
� Cabeamento: Coaxial Fino 50 Ohm
� Topologia física em Barramento
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado
Interface ETHERNET
com MAU interno
Plugs RJ-45
100 m
Interface ETHERNET
com MAU interno
106
106
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado Conector AUI
15 Pinos
Conector BNC
Interface ETHERNET
com MAU interno
Plugs RJ-45
R
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distância máxima
100 metros HUB Par Trançado UTP
100 estações por Hub
IEEE 802.3 10BaseT
107
107
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Taxa de transmissão: 10 Mbps
� Transmissão: Banda Básica (Baseband)
� Codificação: Manchester
� Cabeamento: Par Trançado
� Topologia física em Barramento-Estrela
IEEE 802.3 10BaseT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Regra 5-4-3
� 5 Segmentos
� 4 Repetidores
� 3 Segmentos Povoados
108
108
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fast Ethernet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Estações ligadas em estrela a um hub central
� Sub-camada MAC do IEEE 802.3
� Opções de nível físico:
• 100BASE-TX: 2 pares UTP Categoria 5 ou 2 pares STP
• 100BASE -T4: 4 pares UTP Categoria 3, 4 ou 5
• 100BASE-FX: 2 fibras óticas multimodo degrau 62,5/125 µ
� Hubs com portas operando a 10 e 100 Mbps
� Ligações das estações ao meio feita pela interface MII
100BASE-T (Fast Ethernet)
IEEE 802.3u
109
109
PUC-Rio / DI
TeleMídia
100BASE-T (Fast Ethernet)
IEEE 802.3u
Físico
EnlaceEnlace
MAC
OSI IEEE
MIIMII
LLC
100BASE-TX 100BASE-T4 100BASE-FX
Repetidor 100BASE-T
MAC 802.3MAC 802.3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switched Ethernet
110
110
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switches Ethernet
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 MbpsPorta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
30 Mbps
Via de Alta
Velocidade
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switches
� Comutação feita por software: memória
compartilhada � store-and forward switch
(buffered switch).
• FCS verificado antes da transferência
� Comutação feita por hardware: estabelecimento de
circuito entre porta de origem e destino durante a
transmissão de um quadro � cut-through switch
• Latência pequena
111
111
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gigabit Ethernet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Histórico - Gigabit Ethernet
� Novembro de 1995: Formação do grupo de estudo
sobre redes de alta velocidade
� Julho de 1996: Criação da força tarefa IEE 802.3z -
Gigabit Ethernet
� Início de 1997: Primeiro draft
� Junho de 1998: Versão final do padrão
112
112
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gigabit Ethernet
� Permitir a operação half- e full-duplex a taxas de 1000 Mbps
(atualmente a 10Gbps)
� Usar o formato do pacote Ethernet 802.3
� Usar o método de acesso CSMA/CD com suporte para um
repetidor por segmento
� Ser compatível com as tecnologias 10BASE-T e 100BASE-T
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interfaces Físicas
� 1000BASE-SX (fibra ótica multimodo)
� 1000BASE-LX (fibras óticas monomodo e
multimodo)
� 1000BASE-CX (cabo de cobre blindado e
balanceado)
113
113
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ethernet e FibreChannel no
IEEE802.3z
IEEE 80 2.2 LLC
IEEE 80 2.3
CS MA /C D
FC -4 U pp er- La yer
M ap pin g
I EEE 8 02. 3
Ph ysi cal Laye r
IE EE 80 2.3
E th er net
F C- 3 Co m mo n
S er vi ces
F C- 2 S ign al ing
F C- 1
Enco de /D ecod e
FC - 0 I nt er fa ce
an d M edi a
AN S I X 3T1 1
Fib reC h an n el
I EEE 8 02 .2 LLC
CS MA /CD o r F ull
Du pl ex MA C
8B /10 B
Enc od e/D eco de
S e ri aliz er /
D eser ial ize r
Co nn ect or
IEE E 8 02 .3 z
G i gab i t Et he rn et
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modos de Operação
� Assim como o Fast Ethernet, GbE opera nos modos half- e full-duplex.
� Operando no modo half-duplex, o GbE conserva o método de controle
de acesso do padrão Ethernet, CSMA/CD.
� A maioria dos comutadores capacita ao usuário selecionar o modo de
operação de cada porta, permitindo-o migrar aos poucos conexões
compartilhadas half-duplex para conexões ponto-a-ponto full-duplex.
� No modo full-duplex, os pacotes viajam em ambas as direções
simultaneamente sobre dois caminhos numa mesma conexão, com uma
banda passante agregada igual ao dobro da banda da conexão hal f-
duplex, ou seja, 2 Gbps (20Gbps).
� A GbE apresentam dois tipos de topologia: chaveada e compartilhada.
114
114
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada Física
� 1000BASE-LX: destinado a conexões de maior
distância, atingindo 550m com fibras multimodo e até
3Km com fibras monomodo.
� 1000BASE-SX: ideal para conexões de baixo custo,
interligando pontos mais próximos, alcançando no
máximo 550m.
� 1000BASE-CX: cobre, com até 25 metros.
� 1000BASE-T: cobre, com até 100 metros.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distância Máximas
115
115
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A Camada PMA
� A subcamada PMA (physical media attachment) do GbE é
idêntica à FC1 do FibreChannel, que descreve a sincronização e
a serialização/deserialização dos dados.
� A serialização fornece o suporte a múltiplos esquemas de
codificação, apropriada para cada tipo de mídia.
� A PMA é também responsável por recuperar o sinal de relógio a
partir dos dados codificados, utilizando um circuito Phased Lock
Loop.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A Camada PCS
� A subcamada PCS (Physical Coding Sublayer) é responsável
pelo esquema múltiplo de codificação do protocolo de
transmissão, incluindo caracteres especiais e controle de erro.
� Esta subcamada gerencia também o processo de negociação
realizado pelo NIC com a rede para determinar a velocidade da
rede (10, 100 ou 1000 Mbps) e o modo de operação (hal f- ou
full-duplex).
� O esquema de codificação do GbE é o mesmo 8B/10B
especificado na camada FC1
• O mecanismo é bastante similar à codificação 4B/5B usada na
FDDI, a não ser pelo balanceamento DC. A codificação 4B/5B foi
rejeitada pelo FibreChannel devido à falta de balanceamento DC,
que pode provocar um aquecimento dos lasers dependendo dos
dados enviados, se transmitir mais 1’s do que 0’s.
116
116
PUC-Rio / DI
TeleMídia
GMII
� A GMII (Gigabit Media Independent Interface):
• Manipula dados não codificados através de caminhos
independentes de transmissão e recepção de 8-bits, operando a 125
MHz. Suporta, portanto, as operações halfe full-duplex.
• Transmite sinais de relógio, de presença de portadora e de ausência
de colisão.
� A GMII garante compatibilidade reversa, dando
suporte às três velocidades das implementações
anteriores do Ethernet.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace: CSMA/CD
� Ethernet: 10 Mbps e 64 bytes de tamanho
mínimo de pacote,
estações distantes até 2 Km podem detectar colisões.
� Fast Ethernet: a taxa de transmissão é dez vezes mais rápida e o
formato dos pacotes permaneceu inalterado, distância caiu para
200 m.
� Para evitar que o mesmo ocorresse com o Gigabit Ethernet (uma
distância máxima de 20 m seria impraticável), o comitê 802.3z
redefiniu a subcamada MAC para manter os mesmos 200 m.
117
117
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace: CSMA/CD
� Consiste basicamente em aumentar o slot size de 64 para 512 bytes.
� Quando transmitidos, os pacotes menores que 512 bytes são
seguidos por um sinal especial enviado pela subcamada MAC,
enquanto a estação continuar monitorando a ocorrência de colisões.
A adição de bits extras ao pacote completa o comprimento mínimo
do slot size. Pacotes maiores que 512 bytes não são estendidos.
� O slot time do GbE deveria ser 640 bytes (tempo gasto pelo Fast
Ethernet para transmitir 64 bytes a 100 Mbps), mas, o 802.3z
decidiu que 640 bytes seri a muito inefi ciente, e determinou o valor
de 512 bytes. Para isso, foram tomadas outras medidas: o número
de repetidores por segmento caiu para 1 e a margem de segurança
das especificações foi praticamente eliminada.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pacote GbE
� Note que o tamanho mínimo de 64 bytes do pacote não foi alterado.
P reamble SFD DA SA Type /
Length
Dados FCS Extensão
64 bytes min
512 bytes min
Duração do Evento de Deteção de Portadora
SFD: Delimitador de Início de Pacote
DA: Endereço de Destino
SA: Endereço de Origem
FCS: Seqüência de Verificação do Pacote
118
118
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
� No pior caso, se o tráfego da rede consistisse apenas
de pacotes de 64 bytes, a vazão efetiva do GbE seria
de 120 Mbps.
� Em condições normais, a média da distribuição do
tamanho dos pacotes Ethernet de uma rede varia em
torno de 200 a 500 bytes, o que equivaleria a uma
vazão de 300 a 400 Mbps.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
� Para minimizar os efeitos da extensão de portadora no
desempenho da rede foi incorporado a rajada de pacotes (frame
bursting) no algoritmo do CSMA/CD: uma estação pode
transmitir vários pacotes pequenos seguidos sem interrupção,
agrupando-os no máximo até 1500 bytes.
� É importante salientar que estes ajustes no CSMA/CD, como a
extensão de port adora e a raj ada de pacotes, apenas são
necessários quando o Gigabit Ethernet opera no modo half-
duplex, que consta do padrão apenas para manter
compatibilidade.
119
119
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
� O modo de transmissão full-duplex elimina a
necessidade de protocolos de controle de acesso, pois
as estações enviam e recebem dados por pares de fios
distintos.
� Geralmente é utilizado apenas nas configurações
ponto-a-ponto, e as implementações precisam estar de
acordo com as especificações ratificadas pelo grupo
802.3x em Março de 1997.
� A transmissão full-duplex permite que a banda
passante da rede possa ser facilmente duplicada com
custos relativamente baixos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.4
120
120
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Semântica do Protocolo da Camada
MAC 802.4
�Passagem de Permissão em Barra
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Canais de Frequência
“Broadband” IEEE 802
Canal de
Retorno
Limite da faixa de
frequência (MHz)
Canal de
Transmissão
Limite da faixa de
frequência (MHz)
T 7
T 8
T 9
T 10
T 11
T 12
T 13
T 14
2’
3’
4’
4A’
5’
6’
FM1’
FM2’
FM3’
5,75
11,75
17,75
23,75
29,75
35,75
41,75
47,75
53,75
59,75
65,75
71,75
77,75
83,75
89,75
95,75
101,75
H
I
7
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
162
168
174
216
222
228
234
240
246
252
258
264
270
276
282
288
294
121
121
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe do Protocolo da Camada MAC
802.5
• SD - Delimitador de Início de Quadro (Start Delimiter)
• AC - Controle de Acesso (Access Control)
• FC - Controle de Quadro (Frame Control)
• DA - Endereço do Destinatário (Destination Address)
• SA - Endereço do Remetente (Source Address)
• FCS - Controle de Erros (Frame Check Sequence)
• ED - Delimitador de Fim de Quadro (End Delimiter)
• FS - Status do Quadro (Frame Status)
SD AC FC DA SA FCS ED FSPDU LLC
Formato Geral
1
octeto
1
octeto
1
octeto
2 a 6
octetos
2 a 6
octetos
4
octetos
1
octeto
1
octeto
122
122
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe do Protocolo da Camada MAC
802.5
SD AC ED
Permissão
1 octeto
ppp t m rrr
• ppp prioridade corrente
• t permissão (0 - livre)
• m monitor
• rrr reserva de prioridade
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Semântica do Protocolo da Camada
MAC 802.5
� Passagem de Permissão em Anel
• Sem prioridade
• Com prioridade
123
123
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.5
� Taxa de transmissão: 4 Mbps
� Transmissão: Banda Básica (Baseband)
� Codificação: Manchester Diferential
� Número máximo de repetidores: 250
� Cabeamento:
�Par Trançado (STP ou UTP) 150 Ohms
� Topologia física : Anel-Estrela
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.5
� Taxa de transmissão: 16 Mbps
� Transmissão: Banda Básica (Baseband)
� Codificação: Manchester Diferential
� Número máximo de repetidores: 250
� Cabeamento:
�Par Trançado STP 150 Ohms
�Par Trançado UTP 100 Ohms (em estudo)
� Topologia física : Anel-Estrela
124
124
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.5
Interface Token-Ring
com MAU interno
Interface Token-Ring
com MAU interno
Par Trançado
Blindado
Ring IN
Ring OUT
HUB
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.11
125
125
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Móveis
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 - Introdução
� Motivação
• Substituir cabeamento físico por conexões sem fio
• Prédios históricos
• Infraestruturas complexas
• Reduzir custos de instalação e manutenção
• Dar suporte a usuário que tendem a trocar de localização física com freqüência
� Grupo de trabalho iniciado em1990 para criar umpadrão para WLAN
• 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific, and Medical)
• 7 anos depois � 802.11 operando 1 a 2 Mbps
126
126
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões IEEE 802.11
� 802.11 – Taxas de 1 ou 2 Mb/s na banda de 2.4GHz, utiliza tanto
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) como Direct Sequence
Spread Spectrum (DSSS).
� 802.11a – Taxas de 54Mb/s na banda de 5GHz, utiliza Orthogonal
Frequency Division Multiplexing (OFDM) ao invés do FHSS ou DSSS.
� 802.11b – Taxas de 5,5 ou 11 Mb/s (também pode operar em 1 ou 2
Mb/s) na banda de 2.4GHz, utilizando apenas DSSS.
� 802.11g – Taxas de 20+ Mb/s na banda de 2.4GHz.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 Wireless LAN
� Tipos de redes
• Com infra-estrutura
• Sem infra-estrutura (Ad Hoc)
127
127
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Com Infra-estrutura
� A transferência de dados acontece sempre entre uma Estação
Móvel (EM) e um Ponto de Acesso (AP).
� O AP também pode servir como ponte entre a rede móvel e a
fixa.
� Topologia em estrela. O AP controla o fluxo de toda a rede.
� Pode usar esquemas de acesso com ou sem colisão.
� Perde confiabilidade, pois o funcionamento da rede depende do
AP.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Sem Infra-estrutura (ad hoc)
� A transferência de dados acontece diretamente entre as EM’s.
� Uma estação A só pode se comunicar com uma estação
B se B estiver
dentro do raio de ação de A ou se existir uma ou mais estações entre A
e B que possamencaminhar a mensagem.
� As EM são mais complexas pois devem implementar mecanismos de
acesso ao meio, mecanismos para controlar problemas de “ estações
escondidas” e mecanismos para prover alguma qualidade de serviço
128
128
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Sem Infra-estrutura (ad hoc)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Camada Física
� Definiu originalmente duas técnicas de transmissão por rádio, na banda
2,4GHz, e uma por infravermelho para as taxas de 1 e 2 Mb/s:
• Infrared PHY: Fornece operação a 1Mb/s, com 2Mb/s opcional. A versão de 1Mb/s
usa modulação 16-PPM (Pulse Position Modulation com 16 posições), e a versão de
2Mb/s utiliza modulação 4-PPM.
• Direct Sequence Spread Spectrum Radio PHY (DSSS): Provê operação em ambas as
velocidades (1 e 2 Mb/s). A versão de 1Mb/s utiliza a modulação DBPSK
(Differential Binary Phase Shift Keying), enquanto que a de 2Mb/s usa modulação
DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying).
• Frequency Hopping Spread Spectrum Radio PHY (FHSS): Fornece operação 1 Mb/s,
com 2 Mb/s opcional. A versão de 1Mb/s utiliza 2 níveis da modulação GFSK
(Gaussian Frequency Shift Keying), e a de 2Mb/s utiliza 4 níveis da mesma
modulação, com chaveamento de freqüência entre 79 canais de 1MHz com objetivo
de restringir acesso aos dados.
129
129
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Camada Física
Rádio Infravermelho
Frequências 2,4 GHz 3x1014 Hz
Cobertura máxima 30 – 240m ou 15km 10 a 30m
Requer visada direta? Não Sim
Requer licença? Não Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Media Access Control
� A Camada MAC é única para WLANs, porém muito similar a
MAC do 802.3
• É projetada para suportar múltiplos usuários em um meio compartilhado.
• O transmissor escuta o meio, para verificar que está livre, antes de
transmitir.
• Não é possível detectar colisão, pois sistemas rádio não podem transmitir e
escutar o meio ao mesmo tempo.
� A Camada MAC usa então o protocolo CSMA/CA – Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance.
130
130
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
Quero Transmitir
O meio está livre?
Não
Sim
Esperar um tempo
aleatório
O meio ainda está
livre?
Transmitir
Esperar um tempo
aleatório
O ACK chegou?
Não
Sim
Fim
Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
AP
BSS
131
131
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Problema de nós escondidos
� EM podem escutar AP, mas EMs não se escutam.
� Gera colisão, pois mais de um móvel transmite ao
mesmo tempo.
� Como as EMs que transmitiram não receberam os
ACKs dos pacotes que colidiram, elas assumem que
aconteceu uma colisão, esperam um tempo aleatório e
retransmitem.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Problema de nós escondidos
AP
BSS
Colisão
132
132
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Solução para o problema de nós escondidos
� O 802.11 especifica então (como opcional) Request to
Send/Clear to Send (RTS/CTS).
� O transmissor envia um RTS e espera o AP responder
com um CTS.
� Como os pacotes RTS/CTS ocupam a rede,
geralmente só é utilizado para a transmissão de
pacotes grandes, onde a retransmissão é critica.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Outras características da Camada MAC
� Adiciona o CRC Checksum, para verificar se os dados transmitidos
estão corretos.
� Faz Packet Fragmentation, que divide pacotes grandes em pacotes
menores, melhorando o funcionamento quando a rede está
congestionada.
� Faz associação a APs
� Define métodos para limitar a latência, permitindo aplicações de voz e
vídeo
� Faz o controle de potência, visando economizar as baterias
� Define técnicas para aumentar a segurança
133
133
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Associações a APs Arquitetura Celular
� A camada MAC é responsável por associar uma EM a um AP. A EM
escolhe o AP baseando-se em taxa de pacotes errados e potência do
sinal.
� Após ser associada a um AP a EM sintoniza o canal usado por este AP
e periodicamente verifica todos os outros canais em busca de um AP
melhor. Se encontrar umAP melhor a EM sintoniza o canal deste novo
AP.
� Geralmente dentro de um prédio existem muitos APs, logo será
necessário fazer o reuso de frequência tomando cuidado para não
colocar APs commesmo canal juntos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Métodos para Limitar a Latência
� A camada MAC define dois protocolos de acesso:
• Point Coordination Function (PCF)
• Distributed Coordination Function (DCF)
� Quando o sistema está operando em modo PCF cada
EM transmite na sua vez (similar ao token ring),
limitando assim a latência.
134
134
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Gerenciamento de Energia
� A camada MAC define dois modos de operação:
• Continuous Aware Mode – Neste modo o rádio fica sempre ligado.
• Power Save Polling Mode – Modo de economia de energia
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Segurança
� A camada MAC fornece mecanismos para aumentar a
segurança:
• Wired Equivalent Privacy(WEP) – Tem o objetivo de fornecer um
nível de segurança equivalente ao das LANs cabeadas.
• Fornece mecanismos de criptografia.
135
135
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Dada uma rede em anel com inserção de retardo, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Dada uma rede em anel token-ring single packet, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
136
136
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Dada uma rede em anel token-ring single token, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Dada uma rede em anel token-ring multiple token, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
137
137
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Suponha uma rede em anel com protocolo "token
ring - single token".
Sabendo que:
• 1) A rede possui um perímetro de 10Km.
• 2) A rede possui 100 estações que podem ser inseridas em qualquer posição do anel.
• 3) A taxa de transmissão na rede é de 100Mbps.
• 4) O retardo máximo de transferência permitido pelas aplicações é de 5,07 mseg
• 5) A velocidade de propagação da luz no meio de transmissão é de 200.000 Km/s
Calcule:
• 1) O tamanho máximo do pacote em bytes
• 2) O tempo de acesso máximo da rede
• 3) O tempo de transmissão máximo
Dica: Não deixe de levar em consideração a latência do anel (faça o cálculo para os dois
casos possíveis e veja qual não leva ao absurdo – o cálculo dos dois casos será exigido
na correção da questão). Você pode desprezar o retardo introduzido por uma estação no
anel ao repetir um pacote.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Explique o algoritmo de espera aleatória binária truncada.
� Quais os cuidados que se deve ter ao se fazer u ma ligação multiponto? Por
que casar o final da barra? Por que a ligação com o meio tem de ter alta
impedância? Por que deve ser respeitada uma distância entre estações? Por
que os terras têmde ser isolados? Como isso pode ser feito?
� Quais os cuidados a seremtomados emuma ligação ponto-a-ponto?
� Por que o tamanho mínimo do pacote Ethernet não teve de ser diminuído
na Fast-Ethernet? Por que teve de ser diminuído na Gigabit-Ethernet?
Quais outros cuidados tiveram de ser tomados nesta diminuição? Por que
esses cuidados só são necessários na GbE no modo half-duplex?
� Emuma rede IEEE-805, o que é o bit da monitora? Qual o tempo que uma
rede deve esperar para entrar no modo “claim-token”?
138
138
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que é uma rede infra-estruturada e uma rede ad-hoc?
� Como uma estação base escolhe sua estação radio-base?
� Como funciona o protocolo CSMA-CA?
� O que o padrão IEEE-802.11 introduz para reduzir o problema de
estações escondidas?
__MACOSX/Slides/Arquivos Originais/._01.grupo.pdf
Slides/Arquivos Originais/02.grupo.pdf
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
� Delimitação e transmissão de quadros
� Detecção de erros
� Controle de Acesso
� Correção de erros que por ventura ocorram
no nível físico (opcional)
� Controle de fluxo (opcional)
� Multiplexação (opcional)
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Correção de Erro
� Uma vez detectado o erro, o quadro é descartado e,
opcionalmente, é enviado um aviso ao sistema que o
transmitiu. A recuperação do erros, se desejada, pode ser
realizada por retransmissão.
� Alternativamente o nível de enlace pode utilizar bits de
redundância que lhe permitam não só detectar erros, mas
também corrigi-los, sem a necessidade de retransmissão.
A correção de erros sem retransmissão é particularmente
útil em enlaces onde o custo de comunicação e o retardo
de transferência são elevados, como por exemplo, em
enlaces de satélites.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Correção de Erro
Os três procedimentos mais utilizados para controlar
erros são:
� algoritmo de bit alternado (stop-and-wait),
� janela n com retransmissão integral (go-back-n) e
� janela n com retransmissão seletiva (selective repeat).
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bit alternado
� No algoritmo de bit alternado o transmissor só envia um novo
quadro quando recebe o reconhecimento do quadro enviado
anteriormente.
� Após a transmissão, o transmissor espera um certo tempo pelo
reconhecimento. Caso este tempo se esgote (timeout), o quadro é
retransmitido.
� Considerando que os quadros podem ser transmitidos mais de uma
vez, é necessário numerá-los para que o receptor possa distinguir
quadros originais de retransmissões. Como o transmissor só envia
um novo quadro depois do anterior ser reconhecido, só é preciso
um bit para diferenciar quadros sucessivos. O primeiro quadro é
numerado com o bit 0, o segundo com o bit 1, o terceiro com o bit
0, e assim sucessivamente.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bit Alternado
Quadro 0
ACK 0
ACK 0
Quadro 0
Transmissor Receptor
T
Intervalos
de Timeout
ACK 1
Quadro 1 Quadro 1
Quadro 1 Quadro 1
ACK 1
ACK 1
ACK 1
Quadro 1 Quadro 1
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de Transmissão
� A técnica de bit alternado oferece uma solução simples porém
ineficiente para o controle de erro, pois, enquanto o transmissor
espera por reconhecimentos o canal de comunicação não é
utilizado.
� Para aumentar a eficiênci a na utilização dos canais de
comunicação foram elaborados protocolos que permitem que o
transmissor envie diversos quadros mesmo sem ter recebido
reconhecimentos dos quadros anteriormente enviados. O número
máximo de quadros, devidamente numerados, que podem ser
enviados sem que tenha chegado um reconhecimento define a
largura da janela de transmissão.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle com Janelas
� Como no protocolo de bit alternado, o transmissor fica sabendo
que ocorreu um erro em um quadro por ele enviado quando seu
reconhecimento não chega, após decorrido um intervalo de
tempo suficiente para tal. Nesse caso, dois procedimentos
podem ser implementados para recuperar o erro:
• Retransmissão integral: todos os quadros a partir do que não
foi reconhecido são retransmitidos.
• Retransmissão seletiva: apenas o quadro que não foi
reconhecido é retransmitido.
� Para aumentar ainda mais a eficiência na utilização do canal de
transmissão, em ambos os casos o receptor não precisa enviar
um reconhecimento para cada quadro que recebe. O transmissor
ao receber o reconhecimento do quadro n conclui que os quadros
enviados antes dele, foram recebidos corretamente.
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Erro com Janela Deslizante
a) Protocolo com retransmissão integral
Quadros descartados
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 EE 33 44 55 66 77 88 2 3 4 5 6 7 8 9
Intervalo de TIMEOUT
A2 A3 A6 A8
b) Protocolo com retransmissão seletiva
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11 12
0 1 EE 3 4 5 6 7 8 2 33 44 55 66 9 10 11
Intervalo de TIMEOUT
Quadros bufferizados
Intervalo de TIMEOUT
Intervalo de TIMEOUT
A1 A2 A9 A10
Quadros descartados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Fluxo
� Outro problema tratado pelo nível de enlace diz
respeito a situações onde o transmissor
sistematicamente envia quadros mais depressa que o
destinatário pode receber.
� A solução para essa situação é introduzir um
mecanismo de controle de fluxo para compatibilizar
as velocidades do transmissor e do receptor.
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Flu xo
� No protocolo de bit alternado, o próprio mecanismo
de retransmissão de quadros controla o fluxo, pois um
novo quadro só é enviado depois do receptor ter
processado o quadro anterior e enviado um
reconhecimento.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela Deslizante
� Nos protocolos com janela n maior que 1, o controle
do fluxo é feito com base em quadros especiais ou em
janelas de transmissão e recepção.
� O número máximo de quadros que o transmissor pode
enviar é determinado pela largura (T) de sua janela
de controle de fluxo. Após enviar T quadros sem
receber nenhuma atualização da janela, o transmissor
suspende o envio de dados, só voltando a fazê-lo após
receber uma resposta de controle que indica que o
receptor está pronto para processar novos quadros.
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação da Conexão Física
� Finalmente, dado que uma estação tem o controle do
acesso ao meio físico, ela pode multiplexar entre
vários usuários do nível de rede (que interagem com
o nível de enlace através de SAPs de enlace), o
acesso à conexão física, ora enviando um quadro
provindo de um usuário do nível de rede, ora de
outro.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço
� Como usual em todos as camadas do RM-OSI, a camada de
enlace pode oferecer ao nível de rede serviços orientados a
conexão e serviços não orientados a conexão.
� Dentre os serviços mais usuais podem ser destacados:
• Serviço sem conexão e sem reconhecimento (apenas
detecção de erros no nível de enlace): também conhecido
como serviço de datagrama não confiável.
• Serviço sem conexão e com reconhecimento (detecção e
correção de erros no nível de enlace): também conhecido
como serviço de datagrama confiável.
• Serviço com conexão (usualmente com controle de erro e
fluxo no enlace).
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
� Orientados a Caracter
• BSC - Binary Synchronous Comunication
� Orientados a Bit
• HDLC - High Level Data-Link Control
– LAP-B
– LAP-D
– LAP-M
– LLC
• SDLC - Syncronous Data Link Control (IBM)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
High Level Data-Link Control
� Transmissão Síncrona de Quadros
� Bit Stuffing
� Controle de Erro
• Deteção: CRC
• Correção: Retransmissão
� Controle de Fluxo
� Vários modos de operação
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.2
� O padrão IEEE 802.2 é um exemplo de protocolo
que, juntamente à subcamada MAC, implementa as
funções necessárias da camada de enlace.
� O padrão define como é realizado o controle de erro,
de fluxo e a multiplexação, de forma a realizar os
tipos de serviço orientados a conexão e sem conexão.
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Controle de Enlace Lógico
IEEE 802.2
� Independência da camada MAC
� LSAPs
� Multiplexação
� Controle de erros e de fluxo
� Tipos de operação
� Classes de procedimentos
Logical Link
Control (LLC)
Medium Access
Control (MAC)
Physical Layer
(PHY)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camadas, Protocolos e Interfaces
Nív el
Superior
LLC
MAC
Físico
LLC
MAC
Físico
Protocolo LLC
Interface
LLC/Nív el Superior
Interface
LLC/MAC
Interface
LLC/MAC
Nív el
Superior
Interface
LLC/Nív el Superior
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.2 - Multiplexação
MAC
Físico
MAC
Físico
( )( )( ) ( )( )
Endereço LLC
(SAP)
1 2 3
Usuário
1 2
Rede
Usuário
Usuário Usuário
Usuário
LLC LLC
Endereço MAC
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato da Unidade de Dados do
Protocolo LLC (PDU LLC)
8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits
DSAP SSAP Controle Dados
DSAP: endereço do ponto de acesso ao serv iço LLC destino
SSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC origem
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Especificação da Interface
LLC/Nível Superior
� Operação Tipo 1
• serviço semconexão e semreconhecimento
• transferências de dados ponto a ponto, entre grupos, ou por difusão
� Operação Tipo 2
• serviço orientado a conexão (controle de fluxo, sequenciação e
recuperação de erros)
• conexões ponto a ponto
� Operação Tipo 3 (Addendum 2)
• serviço sem conexão e co m reconhecimento (sequenciação e
recuperação de erros)
• conexões ponto a ponto
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Classes de Serviço IEEE 802.2
� Classe I
• Operação Tipo 1
� Classe II
• Operação Tipo 1 e Tipo 2
� Classe III
• Operação Tipo 1 e Tipo 3
� Classe IV
• Operação Tipo 1, 2 e 3
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Sem Conexão e Sem Reconhecimento
Rede
LLC
MAC
Físico
)( ( ) SSAP
LLC
MAC
Físico
( ))(
DL_DATA.request DL_DATA.indication
DSAP
21
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato da Unidade de Dados do
Protocolo LLC (PDU LLC)
8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits
DSAP SSAP Controle Dados
DSAP: endereço do ponto de acesso ao serv iço LLC destino
SSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC origem
14
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Campo de Controle da PDU LLC
Operação Tipo 1
� M - bits identificadores de comando não-numerado
� P/F - (P = 1) solicitação de resposta imediata e
(F = 1) indicador de resposta de solicitação imediata
Formato Não-Numerado (U) 1 1 M M P/F M M M
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipo 1
Comandos Respostas
UI
XID
TEST
XID
TEST
Comandos e Respostas LLC
Operação Tipo 1
� UI transmissão de informação não-
numerada
� XID troca de identificação
� TEST co mando usado para testar
uma conexão LLC-LLC
15
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Com Conexão
Rede
LLCLLC
MAC
Físico
MAC
Físico
DL_CONNECT.request DL_CONNECT.indication
DL_CONNECT.response
( )( )( ) ( )( )( )
SAPs
Destino e
Origem 3
2
4
DL_CONNECT.confirm
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comandos e Respostas LLC
Operação Tipo 2
� I transmissão de informação numerada
� RR indica que a LLC está pronta para receber
PDUs I
� RNR indica impossibilidade de recepção de PDUs I
� REJ solicita a retransmissão das PDUs I a partir
de N(R)
� SABME estabelece uma conexão com LLC destino
no modo balanceado assíncrono
� DISC encerra conexão de enlace no modo
balanceado assíncrono
� UA reconhecimento de recebimento e aceitação
de comandos SABME e DISC
� DM indica que a estação está desconectada da
conexão de enlace
� FRMR indica rejeição de PDU que não pode ser
corrigida por retransmissão
Tipo 2
Comandos Respostas
I
RR
RNR
REJ
SABME
DISC
I
RR
RNR
REJ
UA
DM
FRMR
16
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Campo de Controle
N(S) - número de sequência da PDU transmitida
N(R) - número de sequência da PDU esperada
S - bits de função de supervisão
M - bits identificadores de comando não-numerado
X - bits reservados
P/F - (P = 1) solicitação de resposta imediata e
(F = 1) indicador de resposta de solicitação imediata
Formato de transferência
de Informação (I)
Formato de Supervisão (S)
Formato Não-Numerado (U)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-16
0 N(S) P/F N(R)
1 0 S S X X X P/F N(R)
1 1 M M P/F M M M
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LLC2
0 0
N(S) N(R)
LLC1
0 0
N(S) N(R)
LLC2
0 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R)
LLC2
1 1
N(S) N(R)
LLC1
1 1
N(S) N(R)
Troca de Quadros I
LLC2
2 1
N(S) N(R)
LLC1
1 2
N(S) N(R)
LLC2
3 1
N(S) N(R)
LLC1
1 3
N(S) N(R)
LLC2
3 2
N(S) N(R)
LLC1
2 3
N(S) N(R)
2 1 I 0 0 Bla Bla..
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 I 0 1 Bla Bla..
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 I 1 1 Bla Bla..
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 I 2 1 Bla Bla..
D O T N(S) N(R) Dados
2 1 I 1 3 Bla Bla..
D O T N(S) N(R) Dados
17
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LLC2
0 0
N(S) N(R)
LLC1
0 0
N(S) N(R)
LLC2
0 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R)
LLC2
1 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R)
LLC2
2 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R)
LLC2
1 1
N(S) N(R)
LLC1
1 1
N(S) N(R)
Controle de Erros
2 1 I 0 0 aaaaa
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 I 0 1 bbbbb
D O T N(S) N(R) Dados
LLC2
0 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R) 2 1 Rej 0
D O T N(R)
1 2 I 0 1 bbbbb
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 I 1 1 ccccc
D O T N(S) N(R) Dados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LLC2
0 0
N(S) N(R)
LLC1
0 0
N(S) N(R)
LLC2
0 1
N(S) N(R)
LLC1
1 0
N(S) N(R)
LLC2
0 2
N(S) N(R)
LLC1
2 0
N(S) N(R)
LLC2
0 2
N(S) N(R)
LLC1
2 0
N(S) N(R)
LLC2
0 2
N(S) N(R)
LLC1
2 0
N(S) N(R)
LLC2
0 3
N(S) N(R)
LLC1
3 0
N(S) N(R)
Controle de Fluxo
2 1 I 0 0 aaaaa
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 RR 2
D O T N(R)
2 1 I 2 0 ccccc
D O T N(S) N(R) Dados
1 2 RNR 2
D O T N(R)
2 1 I 1 0 bbbbb
D O T N(S) N(R) Dados
18
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Drivers da Placa
de Interface de Rede
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interação entre
Driver de Protocolo e
Placa de Interface de Rede
� Interação direta
� Interação através de um driver de placa não
padrão
� Interação através de um driver de placa padrão
19
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interação Direta
� Driver de protocolo comunicando diretamente com o hardware da
placa
� Driver de Protocolo muito eficiente
� Driver de Protocolo totalmente dependente das características da
placa (Hardware, Protocolo MAC,...)
Driver de
Protocolo
Interface da Placa
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Driver de Placa não Padrão
� Driver de protocolo comunicando com a placa através de um
driver não padrão
� Driver de Protocolo independente das características da placa
� Driver de Protocolo totalmente dependente da interface
proprietária oferecida pelo Driver da Placa
Interface da Placa
Driver da
Placa
Interface proprietária
Driver de
Protocolo
20
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Drivers de Placa
� Normalmente fornecido juntamente com a Placa de
Interface de Rede
� Esconde detalhes do hardware da placa
� Interface de acesso aos serviços de comunicação
oferecidos pela placa
� Interfaces padronizadas
• PD Packet Driver
• NDIS Network Driver Interface Specification
• ODI Open Data-Link Interface
• ASI Adapter Support Interface
� Conversores de interfaces (Shim Drivers)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Driver de Placa Padrão
(PD, NDIS, ODI, ASI)
� Driver de Protocolo comunicando com a placa através de um
driver padrão
� Driver de Protocolo totalmente independente das características
da placa utilizada, porém dependente da interface oferecida pelo
Driver da Placa
Interface padronizada
Interface da Placa
(PD,NDIS,ODI,ASI)
Driver de
Protocolo
Driver da
Placa
21
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Network Driver Interface Specification
� Desenvolvido pela Microsoft e 3COM
� Oferece independência das Camada MAC e Física
� Oferece suporte a várias placas de interface de rede
� Oferece suporte a várias pilhas de protocolo (Arquitetura
Multiprotocolar)
� Controla as interações entre as placas de rede e as pilhas de
protocolos através da subcamada VECTOR
� Entrega de pacotes sequencial às pilhas de protocolo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Multiprotocolar
NDIS
Enlace
Modelo OSI
Camadas
Superiores
Físico Físico
MAC
IEEE 802.X
LLC
IEEE 802.2
Modelo IEEE
NDIS MAC Driv er NDIS MAC Driv er
Pilha de
Protocolos
A
Pilha de
Protocolos
B
VECTOR
PROTOCOL.INI
[zka]
sxs
ssa
[asa]
xs
sd
22
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funcionamento da
Subcamada VECTOR
Pilha de
Protocolos
A
Driver
da Placa
Pilha de
Protocolos
B
Pilha de
Protocols
C
Subcamada VECTOR
1 32 Ordem de tentativaOrdem de tentativa
de entrega dos pacotes
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Open Data-Link Interface
� Desenvolvido pela Novell e Apple
� Oferece independência das Camada MAC e Física
� Reconhece vários tipos de quadros ethernet e token-ring
� Oferece suporte a várias placas de interface de rede (Board
Number)
� Oferece suporte a várias pilhas de protocolo (Arquitetura
Multiprotocolar)
� Controla as interações entre as placas de rede e as pilhas de
protocolos, através da subcamada LSL
� Entrega de pacotes diretamente à pilha de protocolos correta
23
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Multiprotocolar
ODI
Enlace
Modelo OSI
Camadas
Superiores
Físico Físico
MAC
IEEE 802.X
LLC
IEEE 802.2
Modelo IEEE
MLID MAC Driv er MLID MAC Driv er
Pilha de
Protocolos
A
Pilha de
Protocolos
B
Link Support Layer
NET.CGF
[zka]
sxs
ssa
[asa]
xs
sd
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funcionamento da
Subcamada LSL
Stack ID = 1
Protocol ID = 0800
TCP/IP
Pilhas de
Protocolos
Link
Support
Layer
Board Number = 1
Media ID = 2
Media ID = 10
Drivers
MLID
Stack ID = 2
Protocol ID = 8137
IPX/SPX
Stack ID = 3
Protocol ID = 0800
Board Number = 2
Media ID = 4
NET.CFG
24
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Quando é mais eficiente realizar a correção de erros por retransmissão e quando por
redundância na própria informação?
� Explique o procedimento de controle de erro“bit alternado”. Discuta a eficiência do
procedimento.
� O que é janela de retransmissão? Em uma janela n, porque é necessário termos n+1
numerações diferentes?
� Explique a diferença entre os procedimentos de controle de erro janela n com
retransmissão integral (go-back-n) e janela n com retransmissão seletiva (selective
repeat).
� Cite duas formas de realizar o controle de fluxo.
� Como funciona o controle de fluxo por quadros especiais?
� Como funciona o controle de fluxo por janela deslizante?
� Por que não se deve misturar a janela de controle de fluxo com a janela de controle
de erro?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Para que serve a multiplexação na camada de enlace? Como ela pode ser realizada?
� O que é um SAP? Como é composto o endereço de um SAP de enlace de forma
hierárquica e como é feito no caso de endereçamento horizontal? Qual a vantagem
de se ter um endereço hierárquico?
� Quais as funcionalidades existentes no serviço LLC sem conexão e sem
reconhecimento?
� Quais as funcionalidades existentes no serviço LLC com conexão?
� Como é realizado o controle de erro no protocolo LLC? Como são enviados os
reconhecimentos? O protocolo é de janela deslizante? Se sim, é com repetição
seletiva ou retransmissão integral?
� O protocolo LLC com conexão pode funcionar sem o quadro REJ? Para que serve
este quadro?
25
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que vem a ser driver de protocolo e driver de placa?
� Quais as formas de integração entre um driver de
protocolo e um driver de placa? Discuta a eficiência de
cada forma versus a independência de plataforma.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Para as próximas questões siga as seguintes orientações:
� Considere dois pontos A e B ligados através de um enlace. Considere também apenas os quadros do
tipo informação (I) e três tipos de quadros supervisor: RECEIVE READY (RR), RECEIVE NOT
READY (RNR) e REJECT (REJ). A janela do protocolo é de tamanho 3. Considere também que o
controle de erro utiliza o método “repetição seletiva (seletive repeat)”.
� Todas as mensagens levam exatamente 1s para serem transmitidas e chegarem ao destino, e todas
as transmissões acontecem em múltiplos de 1s, isto é, nunca acontecem em uma fração de segundo.
Ao receber um quadro de informação, o receptor verifica se existe algum quadro de informação
para ser enviado naquele instante (todo o processamento nas estações podem ser considerados
instantâneos,
isto é, levam 0s). Se houver, ele manda a confirmação (N(R)= número do próximo
quadro esperado) de carona no quadro de informação. Se não, ele espera no máximo 4s para mandar
o N(R). Quadros do tipo RNR são enviados imediatamente, quando uma mensagem chega e não
encontra mais buffers disponíveis. O "timeout" é de 8s. Nenhuma mensagem, por motivo algum,
espera mais do que o “timeout” para ser retransmitida. Quando é necessário a retransmissão de
várias mensagens, elas são retransmitidas uma após outra, com intervalo de 1s.
� Para cada situação, desenhe um diagrama ilustrando a situação (um eixo de tempo para A e outro
para B, como exemplificado na figura) usando a seguinte convenção:
• I, N(S), N(R)
• RR, N(R)
• RNR, N(R),
• REJ, N(R)
0s + I,0,0 + 0s
+ + 1s
+ + 2s
+ + 3s
+ + 4s
+ + 5s
26
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Questões
� Situação 1: iniciado o sistema, suponha que mensagens cheguem
para transmissão em A em 0s; 1s; 2s; 3s e 7s ; e em B em 8s.
Considere ainda que o nó B consome todos os seus buffers de
uma só vez no instante t=5,5s.
� Situação 2: iniciado o sistema, suponha que mensagens cheguem
para transmissão em A em 0s; 1s; 6s; e 7s. Considere ainda que
o nó B consome todos os seus buffers de uma só vez no instante
t=8,5s.
� Situação 3: iniciado o sistema, suponha que mensagens cheguem
para transmissão em A em 0s; 1s; 6s; e 8s. Considere que as
mensagens emitidas pelo nó B entre 8,5s e 10s chegam com erro
no nó A.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Questões
� Situação 4: iniciado o sistema, suponha que mensagens cheguem
para transmissão em A em 0s; 1s; 2s; e 3s. Considere que as
mensagens emitidas pelo nó A entre 0,5s e 1,5s chegam com
erro no nó B.
� Situação 5: iniciado o sistema, suponha que mensagens cheguem
para transmissão em A em 1s; 2s; 4s. Considere que as
mensagens emitidas pelo nó A entre 1,5s e 3,5s chegam com
erro no nó B. Considere também que as mensagens emitidas
pelo nó B entre 4s e 7s chegam com erro no nó A.
� Situação n: Imagine vários cenários como os exemplificados
anteriormente e trace os diagramas de mensagens
correspondentes.
27
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gateways
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteadores e Gateways
� Quando mensagens são deslocadas de uma rede para
outra, conversões de protocolo se fazem necessárias.
Esse procedimento é realizado pelos Gateways.
� Os gateways são classificados conforme o maior
nível de protocolo convertido.
28
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Repetidores
Ethernet
Ethernet
Repetidor
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Repetidores
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico 1
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico 2Físico 1 Físico 2
Repetidor
29
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Repetidores
� Em redes em anel onde a estação é a responsável pela retirada dos
próprios quadros, caberá ao repetidor a retirada dos quadros.
� Em redes que utilizam protocolos baseados em contenção, caberá ao
repetidor também a função de detecção de colisão em um segmento,
e a sinalização, no(s) outro(s) segmento(s), da ocorrência da colisão.
� Não pode haver um caminho fechado entre dois repetidores
quaisquer da rede.
� Um tráfego extra inútil é gerado pelo repetidor quando os pacotes
repetidos não se destinam às redes que interligam.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes
Token Ring
Ethernet
Ponte
30
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace 1
Físico 1
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace 2
Físico 2Físico 1 Físico 2
Enlace 1 Enlace 2
Ponte
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes
� Em redes em anel onde a estação é a responsável pela retirada dos
próprios quadros, caberá à ponte a retirada dos quadros.
� No caso de haver caminhos fechados na rede, o número de
duplicações de quadros é finito e igual ao número de caminhos
fechados existentes entre as estações de origem e de destino, e por
serem finitas, tais duplicações podem ser tratadas.
� Segmentação e remontagem. Não há solução; quadros grandes
demais para serem encaminhados devem ser descartados.
� Ligação de redes que suportam diferentes esquemas de prioridade:
o esquema é perdido.
31
PUC-Rio / DI
TeleMídia
O Padrão IEEE 802.1D - Pontes Transparentes
� A denominação transparente deve-se ao fato das LANs não sofrerem
nenhuma modifi cação ao serem interconectadas por esse tipo de
ponte.
� As pontes transparentes operam com base em uma tabela de rotas
com pares: endereço de destino/porta de saída.
� As pontes transparentes operam em modo promíscuo. Ao receber
um quadro, a ponte verifica na tabela de rotas se o endereço de
destino está associado a uma porta diferente da porta de entrada.
• Se o endereço não for encontrado na tabela, o quadro é retransmitido
através de todas as portas exceto aquela através da qual ele entrou.
• Se for encontrada na tabela de rotas uma associação do endereço de
destino com uma porta diferente da de entrada, o quadro é
retransmitido por essa porta.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
E A Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B2
Estação Porta
E A
32
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
E A Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B2
Estação Porta
A 1
E A
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
E A Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B2
Estação Porta
A 1
E A
33
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
A B Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
B2
Estação Porta
A 1
A B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
A B Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
B2
Estação Porta
A 1
A B
34
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
F E Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
B2
Estação Porta
A 1
E 2
F E
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
F E Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
E 2
B2
Estação Porta
A 1
E 2
F E
F E
35
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
F E Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
E 2
B2
Estação Porta
A 1
E 2
F E
F E
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
D C Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
E 2
C 2
B2
Estação Porta
A 1
E 2
C 1
D C
36
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes Transparentes - Exemplo
A B C D E F
B1 B2porta1 porta1porta2 porta2
LAN1 LAN2 LAN3
B1
D C Dados
ED EO
Estação Porta
A 1
B 1
E 2
C 2
B2
Estação Porta
A 1
E 2
C 1
D C
D C
D C
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NÃO
Recebeu quadro sem erro na porta X
ED encontrado na tabela?
Porta de saída = X?
Retransmite pacote na porta de saída adequada
Retransmite pacote
em todas as portas
exceto a porta X
EO encontrado na tabela?
Inclui EO, porta X e
o tempo na tabelaatualiza porta X e
tempo na tabela
FIM
Retransmissão
Aprendizado
NÃO
NÃO
SIM
SIM
SIM
Pontes Transparentes
37
PUC-Rio / DI
TeleMídia
O Padrão IEEE 802.1D - Pontes
Transparentes
� No início a tabela de rotas está vazia. Quando um quadro chega
através de uma porta, seu endereço de origem é usado para
atualizar a tabela de rotas. Se não existir nenhuma entrada na
tabela com esse endereço, é criada uma entrada associ ando-o à
porta através da qual ele entrou.
� Periodicamente, um processo varre a tabela e remove todas as
entradas que não foram acessadas recentemente.
� O algoritmo usado pelas pontes é o de Baran, e funciona bem
quando não existem rotas alternativas na inter-rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� O problema é contornado com a utilização do seguinte resultado da
teoria dos grafos: “ para todo grafo conectado, consistindo em nós e
arcos conectando pares de nós (as redes são os nós, e as pontes, os arcos
do grafo), existe uma árvore de arcos que estende-se sobre o grafo
(spanning tree) que mantém a conectividade do grafo, porém não
contém caminhos fechados”.
� O padrão IEEE 802.1D define um algoritmo que deriva automática e
dinamicamente a spanning tree de uma inter-rede.
� Periodicamente, cada ponte transmite uma mensagem por difusão em todas as
redes às quais está conectada, com sua identificação. Um algoritmo distribuído
seleciona a ponte que vai ser a raiz da árvore (por exemplo, a que possui o
menor número de identificação). Uma vez determinada a raiz, a árvore é
construída comcada ponte determinando o menor caminho para a raiz. Emcaso
de empate, é escolhido o caminho cuja ponte tiver o menor identificador.
O Padrão IEEE 802.1D - Pontes Transparentes
38
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pontes com Roteamento na Origem
� A estação de origem escolhe o caminho que o quadro deve seguir e
inclui a informação de roteamento no cabeçalho do quadro.
• A informação de roteamento é construída da seguinte forma: cada LAN possui
um identificador único, e cada ponte possui um identificador único no
contexto das redes às quais está conectada.
• Uma rota é uma seqüência de pares (identificador de rede, identificador de
ponte). O primeiro bit do endereço de origem dos quadros cujo destino não
está na mesma rede da estação de origem é igual a 1.
� Ao escutar um quadro cujo primeiro bit do endereço de origem é
igual a 1, a ponte analisa a informação de roteamento do quadro.
Se o identificador da LAN através da qual el e chegou é seguido
pelo identificador da ponte em questão, ela retransmite o quadro na
rede cujo endereço vem depois do seu identi ficador na informação
de roteamento do quadro.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gateways de Nível 3
� Gateways conversores de meio: suas funções resumem-se em
receber um pacote do nível inferior, tratar o cabeçalho inter-
redes do pacote, descobrindo o roteamento necessário, construir
novo pacote com novo cabeçalho inter-redes, se necessário, e
enviar esse novo pacote ao próximo destino, segundo o
protocolo da rede local em que este se encontra. Esse tipo de
gateway da camada de rede é também chamado de roteador.
� Gateways tradutores de protocolos atuam traduzindo mensagens
de uma rede, em mensagens da outra rede, com a mesma
semântica de protocolo. Por exemplo, o open em uma rede
poderia ser traduzido por um call request em outra ao passar
pelo gateway.
39
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteador
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede 1
Enlace 1
Físico 1
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede 2
Enlace 2
Físico 2Físico 1 Físico 2
Rede 1 Rede 2
Enlace 1 Enlace 2
Roteador
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gateway de
Aplicação
Aplicação 1
Apresentação 1
Sessão 1
Transporte 1
Rede 1
Enlace 1
Físico 1
Aplicação 2
Apresentação 2
Sessão 2
Transporte 2
Rede 2
Enlace 2
Físico 2
Aplicação 1
Apresentação 1
Sessão 1
Transporte 1
Rede 1
Enlace 1
Físico 1
Aplicação 2
Apresentação 2
Sessão 2
Transporte 2
Rede 2
Enlace 2
Físico 2
Gateway conv erte o
protocolo de Aplicação 1 no
protocolo de Aplicação 2 e
v ice-v ersa
40
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Rede
PUC-Rio / DI
TeleMídia
estações
comutadores
gateways
41
PUC-Rio / DI
TeleMídia
estações
comutadores
gateways
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conceito de Inter-rede
Rede 2
E
EInter-rede
Rede 5Rede 4
Rede 3
Rede 1
E
E
E
E E
E
G G
G
G
G
Host
42
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conceito de Inter-rede
Rede 2
E
E
Inter-rede
Rede 5
Rede 4
Rede 3
Rede 1
E
E
E
E E
E
G G
G
G
G
Host
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conceito de Inter-rede
Rede 2
E
EInter-rede
Rede 5Rede 4
Rede 3
Rede 1
E
E
E
E E
E
G G
G
G
G
Host
43
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Organização Interna do Nível de Rede
� Uma das principais funções do nível de rede é o
roteamento, desde a estação origem até a estação de
destino.
� Quando as funções do nível de rede são executadas
através da combinação de várias sub-redes distintas, a
especificação das funções de roteamento é facilitada
pelo uso de subcamadas. As subcamadas são
empregadas para separar as funções de roteamento
das sub-redes individuais das funções de roteamento
entre sub-redes (roteamento inter-redes).
� Por esse motivo, o nível de rede do RM-OSI [ISO
87a] foi dividido em três subcamadas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Rede
Sub-Rede A Sub-Rede B
SNAcP
SNDCP SNDCP
SNAcP
SNICP
Subcamada
de Acesso à
Sub-Rede
Subcamada
Dependente
da Sub-Rede
Subcamada
Independente
da Sub-RedeSNICP
Serviço de
Rede
44
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Subcamada de Acesso a Sub-Rede
� A subcamada de acesso à sub-rede é dependente da
tecnologia de sub-rede específica. As funções dessa
subcamada incluem a transferência de dados dentro da sub-
rede, incluindo as funções de roteamento e retransmissão
de informações que trafegam dentro da sub-rede.
� Os protocolos de acesso à sub-rede (Subnetwork Access
Protocol SNAcP) podem variar muito de uma rede para
outra.
� Exemplos:
• o protocolo X.25 de uma rede pública.
• Em uma rede local o SNAcP é geralmente inexistente.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Subcamada Independente da Sub-Rede
� A subcamada independente da sub-rede é
responsável pelo fornecimento do serviço de rede
entre dois sistemas finais.
� O protocolo de convergência independente da sub-
rede (Subnetwork Independent Convergence Protocol
SNICP) só é usado quando os sistemas finais estão
localizados em sub-redes distintas.
� A principal tarefa da subcamada independente da
sub-rede é o roteamento entre redes.
� Exemplo de protocolo inter-rede: o protocolo IP da
Internet.
45
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Subcamada Dependente da Sub-Rede
� Resumindo, o SNAcP torna possível a transferência
de dados dentro de uma sub-rede e o SNICP, com
base no serviço de rede OSI fornecido em sub-redes
interligadas, realiza as adaptações necessárias à
conexão de sistemas finais
localizados em sub-redes
distintas.
� A função da subcamada dependente da sub-rede é
harmonizar sub-redes que oferecem serviços
diferentes apresentando uma interface única para o
SNICP.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funções do Nível de Rede
� Multiplexação.
� Endereçamento.
� Mapeamento entre endereços.
� Roteamento.
� Segmentação e remontagem.
� Controle de erros.
� Controle de fluxo.
� Controle de congestionamento.
46
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funções do Nível de Rede
� As funções de controle de erro e de fluxo são
similares às realizadas no nível de enlace, só que o
controle é realizado em todo o caminho da subrede
(no SNAcP) ou em todo o caminho inter-rede (no
SNICP).
� A multiplexação também é semelhante ao realizado
no nível de enlace e visa permitir que mais de um
usuário de transporte utilize do mesmo ponto de
acesso (SAP) de enlace.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Endereçamento
� Não importa a camada de protocolo que estamos
falando, o endereçamento dos pontos de acesso a
serviços de uma camada K (SAPs da camada K) deve
ser completamente independente dos demais
endereçamentos dos outros níveis de protocolo.
� Basicamente dois tipos de endereçamento são
possíveis: o hierárquico e o horizontal.
47
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Endereçamento Hierárquico
� No endereçamento hierárquico o endereço de uma entidade é
constituído de acordo com os endereços correspondentes aos
vários níveis de hierarquia de que ela faz parte.
� Um exemplo comum, no nível de rede, é um endereço de SAP
de rede formado pelo número da sub-rede a que pertence, pelo
número da estação dentro dessa sub-rede e pelo número da porta
associada (SAP de sub-rede).
• O IP (Internet Protocol) da Arpanet é um exemplo de utilização de
endereço hierárquico, onde a identificação de um SAP de rede (único por
estação) é formada pelo endereço da rede (sub-rede) e pelo endereço da
estação.
• O endereço hierárquico é também o método sugerido pelo ITU-T, através
da recomendação X.121, para interconexão de redes públicas de pacotes.
Nessa recomendação os endereços são números decimais formados por três
campos, um código do país (três dígitos), um código para a rede (um dígito
no máximo 10 redes) e um campo para oendereçamento dentro da rede (10
dígitos).
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Endereçamento Horizontal
� No endereçamento horizontal, o endereço de uma
entidade de protocolo não têm relação alguma com os
vários níveis de hierarquia de que ela faz parte.
� Um exemplo comum desse tipo de endereçamento
seriam os endereços globalmente administrados,
constituídos pelo número de assinatura do usuário,
como os utilizados pelo padrão IEEE 802 , para o
nível de enlace.
48
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Endereçamento
� Considerações sobre o roteamento parecem indicar
vantagens na utilização de endereços hierárquicos,
uma vez que estes contêm informações explícitas
sobre o local onde se localizam as entidades,
informações que podem ser usadas quando
necessário.
� Já o endereço horizontal, por ser independente da
localização, vai facilitar os esquemas de
reconfiguração por permitir uma mobilidade das
entidades sem renumeração das mesmas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mapeamento de Endereço
� O mapeamento de endereço é a função que determina
o endereço do SAP de um nível a partir do endereço
do SAP do nível superior a quem oferece seus
serviços.
� O mapeamento pode ser direto através de uma tabela
de translação, ou através de um conjunto de regras
executadas por um protocolo de resolução de
endereços.
� O protocolo ARP da rede Internet é um exemplo de
protocolo de resolução de endereços do nível de rede
(sub-rede) para o nível de enlace.
49
PUC-Rio / DI
TeleMídia
estações
comutadores
gateways
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tabela de Rotas
� A implementação do roteamento exige uma estrutura de dados
que informe os possíveis caminhos e seus custos, a fim de que se
possa decidir qual o melhor. Diversos métodos têm sido
utilizados para a manutenção da estrutura de dados.
� No encaminhamento por rota fixa, a tabela (estrutura de dados)
uma vez criada, não é mais alterada.
� No encaminhamento adaptativo, a rota é escolhida de acordo
com a carga na rede. Nas tabelas de rotas, são mantidas
informações sobre o tráfego (como por exemplo o retardo
sofrido em um determinado caminho), que são consultadas para
a escolha do caminho mais curto (por exemplo, o de menor
atraso). As tabelas devem ser periodicamente atualizadas.
50
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Atualização das Tabelas
As tabelas devem ser periodicamente atualizadas, podendo tal
atualização ser realizada de vários modos:
� No modo centralizado cada nó envia a um ponto central da rede as
informações locais sobre a carga. Essas informações são utilizadas
pelo ponto central para o cálculo das novas tabelas, que são então
enviadas aos gateways e demais nós.
� No modo isolado a atualização é realizada com base nas filas de
mensagens para os diversos caminhos e outras informações locais.
� No modo distribuído cada nó envia periodicamente aos outros nós,
incluindo os gateways, as informações locais sobre a carga na
rede. Essas informações são utilizadas para o cálculo da nova
tabela.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Atualização das Tabelas
� Existem diversos algoritmos para a computação do
“caminho mais curto” entre dois nós da rede. A
definição de “caminho mais curto”, depende da
qualidade de serviço que se deseja.
� O comprimento de um caminho pode ser medido pelo
número de saltos, isto é, o número de nós
intermediários pelos quais deve passar o pacote até
chegar ao destino. Outra medida é a distância
geográfica em metros. Ainda outra medida poderia
ser o retardo de transferência do pacote.
� Os vários algoritmos são implementados nos diversos
protocolos de atualização da tabela de rotas, entre eles
o RIP, o OSPF e o DVRP (da Internet).
51
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Centralizado
� No roteamento centralizado existe, em algum lugar da
rede, um Centro de Controle de Roteamento (CCR)
responsável pelo cálculo das tabelas de rotas.
� Problemas:
• Para se adaptar a um tráfego mutável, o cálculo das tabelas deve
ser realizado com muita freqüência, o que pode exigir um
processamento muito grande.
• Tráfego elevado nas linhas que levamao CCR.
• Confiabilidade: uma falha no CCR é crítica.
• Inconsistências: os nós receberão suas tabelas em tempos
diferentes, devido a retardos diferentes sofridos pelas mensagens
que as transportaram.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Isolado
� Algoritmo de Baran: um nó ao receber um pacote
tenta se livrar dele imediatamente pelo enlace que
possui a fila mais curta no momento.
� Baran combinado com roteamento de rota fixa: até
um certo limiar do tamanho das filas, o pacote deve
ser encaminhado para a menor fila; depois de um
certo limiar, deve ser utilizada a rota estática.
52
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Isolado - Baran
� Leva em conta que cada pacote deve incluir o nó de origem e um
contador de saltos (nós intermediários por onde trafegou).
� Ao receber um pacote, o nó sabe a que distância o nó de origem
está, a partir do enlace de chegada. Se na sua tabel a o nó de origem
está a uma distância maior, ele deve atualizar a tabela.
� Passado um determinado tempo, cada nó possuirá o caminho mais
curto para qualquer outro nó.
� Como cada nó só registra a troca para melhor, de tempos em tempos
ele deve reiniciar o processo, de forma que enlaces que caiam ou
fiquem sobrecarregados não afetem a confiabilidade da tabela.
� Se as tabelas forem reiniciadas em um período
pequeno, pacotes
podem ter de ser transferidos por rotas desconhecidas. Se forem
reiniciadas em um período longo, os pacotes podem ser transmitidos
em rotas congestionadas ou com enlaces em falha.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Isolado
� Ainda um outro algoritmo de roteamento isolado,
simples porém de grande custo devido à quantidade
de pacotes gerados, exige que um pacote ao chegar
em um nó da rede, seja enviado por todos os enlaces
de saída do nó, exceto aquele por onde chegou
(inundação).
53
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Distribuído
� Quando um nó quer descobrir o caminho mais curto (aqui exemplificado pelo
caminho de menor retardo) até um nó de destino, ele envia um pacote de
requisição por difusão (em todos os seus enlaces) na rede, com um campo
contendo o endereço do nó de destino e um campo contendo um caminho,
inicialmente comseu endereço.
� Cada nó intermediário ao receber o pacote de difusão verifica se o campo
caminho contémseu endereço. Se não contiver, o nó acrescenta ao caminho seu
endereço e o difunde por todos os seus enlaces. Em caso contrário,
simplesmente descarta o pacote.
� O primeiro pacote recebido pelo nó dedestino contémno campo caminho a rota
de menor retardo. O nó de destino envia então, como resposta ao pacote
recebido, um outro pacote contendo essa rota (por exemplo, através da rota
reversa ou uma rota que no momento lhe pareça a de menor retardo entre o
destino/nova origeme a origem/novo destino).
� Um nó deve periodicamente enviar pacotes de difusão para descobrimento das
rotas. Quanto menor o período, mais adaptável às flutuações de tráfego é o
algoritmo. Quanto maior o período, menor é o tráfego que o algoritmo gera na
rede. Uma solução de compromisso deve ser encontrada.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento Hierárquico
� No roteamento hierárquico os nós são divididos em
regiões, com cada nó capaz de manter as informações
de rotas das regiões a que pertence.
� Devemos notar que a subdivisão da camada de rede
no RM-OSI torna natural separar cada rede como
uma região.
� Para muitas redes, no entanto, essa hierarquia em dois
níveis é insuficiente, podendo ser necessário agrupar
regiões em super-regiões e assim sucessivamente.
54
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Segmentação e Remontagem
� Os protocolos inter-redes foram projetados para
interligar redes das mais diversas tecnologias.
Infelizmente, o tamanho máximo permitido para os
pacotes varia de uma tecnologia de sub-rede para
outra. Dessa forma pode se fazer necessário a quebra
(segmentação) e remontagem de pacotes ao se passar
de uma rede para outra.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Congestionamento
� Quando temos pacotes em excesso em uma sub-rede, ou parte de
uma sub-rede, o desempenho da rede se degrada e dizemos que
temos um congestionamento.
� Os congestionamentos podem ser causados por vários fatores: se
os nós da rede são lentos, se o tráfego de entrada exceder a
capacidade das linhas de saída em um nó, etc.
� Existem vários algoritmos de controle de congestionamento que
podem ser implementados em uma sub-rede. Eles são
subdivididos em procedimentos preventivos (aqueles que tentam
evitar o congestionamento) e reativos (aqueles que operam uma
vez detectada uma condição de congestionamento).
55
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Congestionamento
versus
Controle de Fluxo
� O controle de congestionamento é um controle global envolvendo
todos os recursos da rede. Já o controle de fluxo se relaciona com o
tráfego entre um transmissor e um determinado receptor.
� Algumas redes tentam evitar o congestionamento pelo controle de
fluxo, embora seja impossível controlar a quantidade total de tráfego
na rede usando regras de controle de fluxo fim a fim.
� O problema com o controle do fluxo é que ele não pode ser ajustado
pela taxa média do tráfego gerado, pois isso limitaria uma aplicação
cujo tráfego possui uma taxa variável, resultando em um serviço ruim
nos momentos de pico do tráfego. Por outro lado, se o controle de
fluxo estiver ajustado para permitir que a taxa de pico do tráfego sej a
aproximada, ele tem pouco valor como controle de congestionamento.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Congestionamento -
Descarte de Pacotes
� Em uma rede com serviço de circuito virtual uma cópia do
pacote deve ser mantida em algum lugar de modo a poder ser
retransmitida. Neste caso uma situação de impasse pode ocorrer.
� O descarte indiscriminado de pacotes pode levar a situações
onde estamos descartando exatamente uma confirmação que
liberaria um buffer do nó. Uma melhora do algoritmo pode ser
conseguida reservando permanentemente um buffer por linha de
entrada, a fim de permitir que todos os pacotes que cheguem
sejam inspecionados.
� Buffer na entrada: bloqueio de head of line.
� De forma a minimizar a banda passante desperdiçada no
descarte de pacotes, podemos descartar o pacote da fila que
viajou uma distância menor. Esta poderia ser uma outra vari ante
no algoritmo de descarte.
56
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Congestionamento -
Controle Isorrítmico
� Evita o congestionamento pela limitação do número de pacotes
em trânsito na sub-rede.
� Nesse método existem permissões que circul am pela sub-rede.
Sempre que um nó deseja introduzir um novo pacote na sub-rede
ele deve primeiro capturar uma permissão e destruí-la. A
permissão é regenerada pelo nó que recebe o pacote no destino.
� Problemas:
• Distribuição das permissões depende das aplicações na rede.
• O passeio aleatório das permissões causa um tráfego extra na sub-
rede, roubando seu desempenho.
• A perda de uma permissão por uma falha qualquer deve ser
recuperada, sob pena dediminuirmos a capacidade de transporteda
rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Congestionamento -
Controle da Taxa
� FECN
� BECN
57
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço
� O serviço oferecido pela inter-rede, bem como o
serviço oferecido pelas sub-redes pode ser com
conexão ou sem conexão, com características
similares aos serviços citados para o nível de enlace.
� É importante salientarmos que o serviço oferecido
pela inter-rede é um assunto separado do serviço de
cada rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Sem Conexão
� Nos serviços sem conexão (serviços de datagrama) uma mensagem
é tratada de forma individual e entregue ao destino através do
caminho mais conveniente, definido pelos algoritmos de
roteamento.
� A inter-rede não dá garantias de entrega em seqüência dos pacotes
e, muitas vezes, nem garantia de chegada de um pacote ao destino
final (datagrama não confiável).
� A principal vantagem do serviço é sua simplicidade, deixando para
níveis superiores o controle de erro, de seqüência e de fluxo, caso
sejam necessários. O exemplo mais popular de protocolo que
implementa este serviço é o IP da Internet.
58
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Com Conexão
� Em um serviço com conexão (também chamado de servi ço de
circuito virtual), não importa se a nível de sub-rede ou inter-
rede, todos os pacotes podem seguir a mesma rota, que é
escolhida no momento do estabelecimento da conexão. Nesse
caso a conexão é usualmente chamada de um circuito virtual.
Temos então um serviço de circuito virtual com conexão de
circuito virtual. Conexões de circuito virtual são utilizadas
geralmente em sub-redes. O exemplo mais popular de protocolo
que implementa este serviço é o nível de rede do X-25.
� Em uma outra opção, os pacotes de um serviço com conexão
(serviço de circuito virtual) podem seguir rotas diferentes até o
destino.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Com Conexão x Sem Conexão
� A defesa do serviço sem conexão é fortemente
realizada pela comunidade da rede Internet.
� De qualquer forma, as estações deverão realizar em
níveis superiores o controle de erro e de fluxo,
havendo pouca vantagem em realizar essas funções
duas vezes.
� Nem todas as aplicações necessitam da confiabilidade
oferecida pelos serviços com conexão, pelo contrário,
o atraso introduzido pela realização desses serviços
pode ser até prejudicial, como no caso de transmissão
de voz em tempo real.
59
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Com Conexão x Sem Conexão
� A maior parte dos usuários não está disposta a
executar protocolos de transporte complexos em suas
máquinas, desejando um serviço confiável, suprido
pelo serviço com conexão.
� Serviços com conexão é possível se fazer a pré-
alocação de recursos (por exemplo, recursos de
armazenamento nos gateways e nós), garantindo um
melhor controle de congestionamento a nível inter-
redes.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Quando é necessário o uso de gateways?
� O que vema ser um gateway de nível n?
� Como opera um gateway de nível 1? Como é usualmente chamado?
Quais são suas principais características para os diversos tipos de redes?
� Como opera um gateway de nível 2? Como é usualmente chamado?
Quais são suas principais características para os diversos tipos de redes?
� Como as pontes transparentes encaminhamas mensagens recebidas?
� Como funciona o algoritmo de Baran? O que acontece se existem rotas
alternativas para um mesmo destino? Como o problema pode ser
resolvido?
� Como funciona uma ponte comroteamento na origem?
� Quais os dois tipos de gateways de nível 3?
60
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Dê quatro razões porque as redes são divididas emdomínio? Como surge
o conceito inter-rede?
� Porque o modelo OSI divide o nível de rede nas camadas inter-redes e
sub-redes?
� Quando a camada sub-rede não existe?
� Qual a diferença entre os protocolos para inter-rede e sub-rede? Existe
alguma diferença em termos de algoritmos de roteamento e
encaminhamento?
� Quais as principais funções do nível de rede?
� O que é a multiplexação no nível de rede?
� O que é resolução de endereço? Quais as diversas formas de realizá-la?
� O endereço IP (SAP-inter-rede) é horizontal ou hierárquico? Se é
hierárquico, porque é necessário a resolução de endereço para o nível de
enlace?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Quais as vantagens e desvantagens do endereçamento horizontal e
hierárquico?
� Qual a diferença entre um encaminhamento por rota fixa e
adaptativo?
� Cite as várias formas de roteamento adaptativo, comentando suas
vantagens e desvantagens.
� O que vem a ser “ caminho mais curto”?
� Descreva o algoritmo de Baran isolado.
� Dê um exemplo de algoritmo para roteamento distribuído.
� O que vem a ser roteamento hierárquico? Há limitação no número
de níveis hierárquicos? Dê um exemplo.
61
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� O que vema ser congestionamento emuma rede?
� Qual a diferença do controle de congestionamento e o controle de fluxo?
� O que é o controle de congestionamento preventivo e reativo? Dê
exemplos.
� Descarte de pacotes pode ser usado em controle de congestionamento
preventivo?
� Quais os cuidados a seremtomados comdescartes de pacotes?
� O que é bloqueio de“head of line”?
� Como funciona o controle isorrítmico?
� Descreva o funcionamento do FECN e do BECN.
� Faça uma discussão sobre os tipos de serviços a serem utilizados nas
camadas de inter-rede e sub-rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Rede - Exemplos
62
PUC-Rio / DI
TeleMídia
X-25
PUC-Rio / DI
TeleMídia
X-25
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sistema Aberto
A Protocolo de Aplicação
Protocolo de Apresentação
Protocolo de Sessão
Protocolo de Transporte
Sistema Aberto
B
DTE
DCE DSE DCE
DTE
Protocolos não
definidos pelo X-25
Protocolo de Rede X-25
Protocolo de Enlace X-25
Protocolo do Nível Físico X-25
63
PUC-Rio / DI
TeleMídia
X-25
� No nível de enlace os protocolos utilizados são o LAP e o
LAPB.
� No nível de rede, é utilizado o serviço com conexão com
circuito virtual.
� Os dados trocados em uma conexão sofrem controle de
fluxo e de erro, usando uma janela deslizante.
� A confirmação de recebimento de um pacote pode ser de
dois tipos, selecionados por um bit (bit D) do pacote de
dados. Se D=0, a confirmação significa que o DCE recebeu
o pacote e não o DTE remoto. Se D=1, a confirmação
indica que o pacote foi entregue ao DTE remoto,
representando, portanto, uma confirmação fim a fim.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Internet
64
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Internet
� Pesquisa financiada pela DARPA (Defense Advanced
Research Projects Agency) no início dos anos 70
� Arquitetura aberta que tornou-se um padrão de fato
� Evolução da ARPANET
� Arquitetura baseada no conceito de inter-rede
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura TCP/IP
� A arquitetura Internet TCP/IP é organizada em quatro camadas
conceituais construídas sobre uma quinta camada que não faz
parte do modelo, a camada intra-rede. A Figura abaixo mostra as
camadas e o tipo de dados que é passado de uma para outra.
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de
Rede
Host A Host B
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de
Rede
Inter-rede
mensagem
idêntica
pacote
idêntico
Roteador
datagrama
idêntico
quadro
idêntico
quadro
idêntico
datagrama
idêntico
Interface de
Rede
Interface de
Rede
Rede Física 1
Intra-rede Intra-rede
Rede Física 2
65
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RM-OSI x Arquitetura TCP/IP
Arquitetura Internet
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de Rede
Intra-rede
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Arquitetura OSI
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Internet Protocol
� Esquema de roteamento entre redes: roteamento
adaptativo distribuído nos gateways
� Interconexão e roteamento através de Gateways
� Roteamento baseado no endereço da rede e não do
host
� Estrutura interna da rede transparente
� Descarte e controle de tempo de vida dos pacotes
inter-redes no gateway.
� Campo especial indicando qual o protocolo de
transporte a ser utilizado no nível superior.
66
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo IP
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Rede Rede Física 1 Rede Física 2 Rede Física n
Interface da
Rede 1
Interface da
Rede 2
Interface da
Rede n
Módulo
IP
Protocolo 1 Protocolo 2 Protocolo n
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Internet Protocol
� Serviço sem conexão
� Endereçamento hierárquico: endereços IP únicos
designados por uma autoridade central (IANA -
Internet Assigned Numbers Board)
� Facilidade de fragmentação e remontagem de pacotes
� Identificação da importância do datagrama e do nível
de confiabilidade exigido
� Identificação da urgência de entrega e da ocorrência
futura ou não de pacotes na mesma direção (pré-
alocação, controle de congestionamento).
67
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Esquema de Endereçamento IP v4
1 netid0 hostid
netid1 hostid1 0
Endereço Multicast
1 1 1 0
Reservado para uso futturo1 1 1 1 0
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
netid hostid0
A.B.C.D
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Notação de ponto decimal e
hexadecimal
11010000 11110101 00011100 10100011
208 245 28 163
208.245.28.163 D0.F5.1C.A3
68
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Esquema de Endereçamento IP v4
� Os endereços IP podem ser usados para nos referirmos tanto a
sub-redes quanto a um host individual.
� Por convenção, um endereço de sub-rede tem o campo
identificador de host com todos os bits iguais a 0.
� Podemos também nos referir a todos os hosts de uma sub-rede
através de um endereço por di fusão, quando, por convenção, o
campo identificador de host deve ter todos os bits iguais a 1.
� Um endereço com todos os 32 bits iguais a 1 é considerado um
endereço por difusão para a rede do host origem do datagrama.
� O endereço 127.0.0.0 é reservado para teste (loopback) e
comunicação entre processos da mesma máquina.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Delegação de endereços IP na Internet
� ICANN (Internet Corporation
for Assigned Names and
Numbers)
• Antiga IANA
• Controle sobre os prefixos IP
• Política de distribuição
� No Brasil
• Registro.br (CGIBR)
• ISPs (Internet Service Providers)
– Top level: Global-One,
Embratel, RNP, ...
ICANN
Registro.br
(CGIBR)
ISP
ISPISP
ISPISP
......... ......
APNIC ARIN RIPE NCC
69
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Hierarquização do Endereço
� A implementação é feita através de máscaras de 32
bits.
netid hostid
netid hostidPhysicalnetwork
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Problemas do Endereçamento IP v4
� O endereço se refere a conexão de rede e não à
estação: se uma estação se mover de uma rede para
outra, o endereço IP deve mudar.
� A mudança de classe de endereço (por exemplo pelo
crescimento de uma rede) acarreta em grande
problema administrativo.
� Pacotes podem viajar em rotas diferentes para uma
estação com múltiplos endereços IP, dependendo do
endereçamento usado.
70
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mapeamento de Endereços
� O mapeamento do endereço de um SAP de rede em
um endereço de sub-rede (muitas vezes o endereço no
nível de enlace se a rede não possui a subcamada de
acesso à sub-rede do RM-OSI) pode ser feito através
de:
• resolução através de mapeamento direto
• resolução através de vinculação dinâmica.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mapeamento Endereço IP - MAC
Endereço de Classe D: 234.138.8.5 (EA-8A-08-05)
E A 8 A 0 8 0 5
1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
5 E 0 A 0 8 0 50 00 1
23 bits menos significativos mapeados
Não mapeados
Endereço IP
de Classe D
Endereço Multicast
MAC IEEE-802
71
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mapeamento de Endereços
� A resolução através de vinculação dinâmica pode ser realizada
através de um protocolo denominado ARP (Address Resolution
Protocol).
� O ARP permite a um host encontrar o endereço de sub-rede de
outro host na mesma sub-rede, através do envio de um
datagrama por di fusão na sub-rede, como acontece com as redes
IEEE 802.
� A resolução pode ser feita também por um servidor de
resolução, como nas redes IPOA.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funcionamento do ARP
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
200.18.171.3
200.18.171.4
� Aplicação no host A quer enviar dados para aplicação
no host B
B
1F.6D.45.09.11.77
A
72
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
IP destino = 200.18.171.3
� Destino está na mesma rede
• Como enviar para essa máquina? Qual seu endereço físico?
• O datagrama fica aguardando e o ARP é acionado
1F.6D.45.09.11.77
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ARP Req
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
73
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ARP Req
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
Preâmbulo FF.FF.FF.FF.FF.FF
0D.0A.12.
07.48.05 0806h Dados (ARP Request) FCS
End. Físico Broadcast Tipo ARP
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
BA
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
1F.6D.45.09.11.77
Int. adapt.
Intra-rede
ARP Req
ARP Req
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
74
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
A
1F.6D.45.09.11.77
Int. adapt.
Intra-rede
ARP ReqX
ARP Req
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
ARP Req
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
75
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77ARP Rep
Preâmbulo 0D.0A.12.07.48.05
1F.6D.45.
09.11.77 0806h Dados (ARP Reply) FCS
Tipo ARP
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
BA
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
1F.6D.45.09.11.77Intra-rede
ARP Rep
ARP Rep
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
76
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
1F.6D.45.09.11.77
ARP Rep
ARP RepX
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
ARP Rep
1F.6D.45.09.11.77200.18.171.3
Cache ARP
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
77
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
OD.OA.12.07.48.05200.18.171.1
Cache ARP
Note que …
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
OD.OA.12.07.48.05200.18.171.1
Cache ARP
... e que …
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
78
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Transporte
Aplicação
IP
Int. adapt.
Intra-rede Intra-rede
200.18.171.3
200.18.171.4
1F.6D.45.09.11.77
IP TCP
...
Preâmbulo 1F.6D.45.09.11.77
0D.0A.12.
07.48.05 FCS0800h
Tipo IP
Finalmente o
datagrama IP
pode ser
transmitido
BA
200.18.171.1
OD.OA.12.07.48.05
Funcionamento do ARP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mapeamento de Endereços
� Tomemos agora o problema inverso. Suponha que por algum
motivo uma máquina não saiba seu endereço IP. Como ela
poderia descobrir esse endereço?
• O protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol),
adaptado do protocolo ARP, tema resposta.
� A solução seria termos um servidor de endereços IP na rede.
• Quando uma máquina quisesse saber seu endereço IP ela mandaria um
quadro por difusão dentro de sua rede, que seria reconhecido como uma
requisição pelo servidor. A partir do endereço de sub-rede, o servidor
descobriria o endereço IP e o enviaria à maquina requisitante.
• A comunicação poderia também se dar diretamente com o servidor.
79
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Campos do Datagrama IP
VERS TOTAL LENGTH
IDENTIFICATION FLAGS FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM
SOURCE IP ADDRESS
HLEN
DESTINATION IP ADDRESS
IP OPTIONS (IF ANY)
DATA
...
PADDING
SERVICE TYPE
PRECEDENCE D T R UNUSED
Alta Confiabilidade (High Reliability)
Alta Vazão (High Throughput)
Baixo Retardo (Low Delay)
Prioridade do Datagrama: 0 - 7
VERS = 4
HLEN = N x 4 octetos
(20 a 64 bytes)
TLEN = até 65535 octetos
C
Baixo Custo (Low Monetary Cost)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SERVICE TYPEVERS TOTAL LENGTH
IDENTIFICATION FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM
SOURCE IP ADDRESS
HLEN
DESTINATION IP ADDRESS
IP OPTIONS (IF ANY)
DATA
...
PADDING
FLAGS
TTL decrementado
em cada roteador
de 1 ou mais
TCP = 6
UDP = 17
ICMP = 1
EGP = 8
OSPF= 89
Alterado a cada
roteador
Campos do datagrama IP
80
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SERVICE TYPEVERS TOTAL LENGTH
IDENTIFICATION FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM
SOURCE IP ADDRESS
HLEN
DESTINATION IP ADDRESS
IP OPTIONS (IF ANY)
DATA
...
PADDING
NU DNF MF
Do Not Fragment Bit
(datagrama descartado e erro
env iado para origem)
More Fragments Bit
FLAGS
Identificador da
Mensagem (não
do datagrama)
13 bits
Múltiplos de 8 octetos
TLEN informa tamanho
do fragmento. Só
último fragmento
determina tamanho do
datagrama original,
através de TLEN e
FRAGMENT OFFSET.
Não utilizado
Campo FLAGS do Datagrama IP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplo de Segmentação e Remontagem
� Datagrama original D0 é dividido em dois novos
datagramas: D1 e D2.
� D1 e D2 têm conteúdo do cabeçalho idêntica ao do
datagrama original.
• O valor do campo identification permanece inalterado. Esse
campo, junto com os endereços de origem e destino, e com a
identificação do protocolo de transporte, serve para especificar
todos os fragmentos de ummesmo datagrama IP.
• O número de identificação só deve ser reutilizado depois de
decorrido um tempo suficiente para o descarte do datagrama que
utilizou anteriormente a mesma identificação.
81
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplo de Segmentação e Remontagem
� Os dados carregados pelo datagrama original, D0, são divididos
em blocos de 8 octetos (64 bits).
� O primeiro datagrama, D1, é montado com um número inteiro de
blocos de dados, denominado NFB (número de blocos de dados
do fragmento).
� No cabeçalho de D1, o campo total length, que contém o valor
copiado do datagrama original, é atualizado passando a carregar
o comprimento do datagrama que acabou de ser criado.
� Ainda no datagrama D1, o flag MF do cabeçalho recebe o valor
1, especificando more-fragments.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplo de Segmentação e Remontagem
� A segunda parte dos dados é colocada no outro datagrama, D2.
� O campo total length desse datagrama também é atualizado,
passando a carregar o número de octetos desse datagrama
(cabeçalho + dados).
� O flag more fragments mantém o valor copiado do datagrama
D0, pois ele próprio pode ter sido anteriormente fragmentado.
� O campo fragment-offset recebe a soma do valor que tinha em
D0 com o valor NFB (que indica o número de blocos de dados
transportado no fragmento anterior do datagrama D1).
• O valor do campo fragment-offset do datagrama original é utilizado na
soma porque, novamente, o datagrama original pode já ter passado por um
processo de fragmentação anterior.
• Se fossem necessários N datagramas, o NFB usado deveria indicar o
número de blocos carregados nos N-1 datagramas anteriores.
82
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplo de Segmentação e Remontagem
� Para remontar o datagrama original, o módulo IP destinatário
combina os datagramas IP que possuem o mesmo valor para os
campos identification, protocol, source address e destination
address.
� A recombinação é feita através da colocação da porção de dados
de cada fragmento na posição relativa indicada pelo valor do
campo fragment-offset de seus cabeçalhos.
� O primeiro fragmento possui o fragment-offset igual a 0, e o
último fragmento tem o flag more fragments igual a 0.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Campo IP OPTIONS
Option Code Length Data 1 . . . Data n
1 octeto 1 octeto 1 octeto 1 octeto
SERVICE TYPEVERS TOTAL LENGTH
IDENTIFICATION FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM
SOURCE IP ADDRESS
HLEN
DESTINATION IP ADDRESS
IP OPTIONS (IF ANY)
DATA
...
PADDING
FLAGS
1 octeto
83
PUC-Rio / DI
TeleMídia
68 variável Internet Timestamp (Utilizado para obter de cada roteador a hora de transmissão do datagrama).
Opções IP
Código Comp. Descrição
0 - Fim da lista de opções.
1 - No operation .
2 11 Restrições de segurança e manipulação (militar).
131 variável Loose Source Routing (Especifica a rota que um datagrama deve seguir).
7 variável Record Route (Utilizado para rastrear a rota que o datagrama percorreu).
8 4 SATNET stream identifier (Obsoleto).
137 variável Strict Source Routing ( Especifica a rota que um datagrama deve seguir).
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Opções IP - Source Route
� A cada decisão de roteamento é checada a lista de IPs e imposto
um roteador (strict) ou tentado um (loose)
� A cada roteamento, o roteador inclui o end. IP da interface de
saída
� Pointer aponta para o próximo octeto a ser preenchido
131/137 Length Pointer End.IP 1o. HOP
1 oct 1 oct 1 oct 4 octetos
End.IP 2o. HOP
4 octetos
...
84
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento IP
� Cada computador possui uma tabela cujas entradas são pares:
endereço de sub-rede/endereço de roteador. Essa tabela é
denominada tabela de roteamento IP.
� Quando um módulo IP, por exemplo, executando em um
roteador, tem que encaminhar um datagrama, ele inicialmente
veri fica se o destino do datagrama é um host conectado à mesma
rede que seu hospedeiro.
� Se este for o caso, o datagrama é entregue à interface da rede
que se encarrega de mapear o endereço IP no endereço físico do
host, encapsular o datagrama IP em um quadro da rede, e
finalmente transmiti-lo ao destinatário.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento IP
� Se a rede identificada no endereço de destino do datagrama for
diferente da rede onde está o módulo IP, ele procura em sua
tabela de roteamento uma entrada com o endereço de rede igual
ao do endereço de destino do datagrama, recuperando assim o
endereço do roteador que deve ser usado para alcançar a rede
onde está conectado o destinatário do datagrama.
� O roteador recuperado da tabela pode não estar conectado
diretamente à rede de destino, porém, se este for o caso, ele deve
fazer parte do caminho a ser percorrido para alcançá-la.
85
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento IP
� Uma desvantagem do esquema de roteamento apresentado é o
tamanho das tabelas de roteamento, quando a inter-rede interliga
um número muito grande de redes individuais..
� Uma alternativa é a utilização de roteadores default. Por
exemplo, em redes que são ligadas à inter-rede por um único
roteador, não é necessário ter uma entrada separada na tabela de
rotas para cada uma das redes distintas da inter-rede.
Simplesmente define-se o roteador como caminho default.
� O conceito de roteador default também se aplica a redes que
possuem mais de um roteador. Nesse caso, quando não for
encontrada uma rota especí fica para um datagrama, ele é
enviado ao roteador default.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento IP
� Através de um protocolo específico ICMP (Internet Control
Message Protocol) o roteador informará ao módulo IP se ele não
é a melhor escolha para alcançar uma determinada rede.
� Essa mensagem, chamada redirect no ICMP, carrega como
parâmetro o endereço do roteador que é a escolha correta.
� O módulo IP, ao receber uma mensagem redirect, adiciona uma
entrada em sua tabela de roteamento associando a rede de
destino ao endereço do roteador recebido na mensagem.
86
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Encaminhamento IP
Sou eu o Destino ?
Pega o Endereço IP de
Destino (Dn)
Está Dn entre as rotas diretas ?
Está Dn entre as rotas indiretas ?
Existe uma rota default ?
Reporta “Rede inalcançável” e
descarta o datagrama
Datagrama Chegou !!!
Envia diretamente pela
rede conectada
Envia para o endereço do
roteador especificado
Envia pela rota default
Sim
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IP v6
87
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Necessidades e Motivações
� Rápido crescimento da Internet (tamanho e carga)
• Exaustão do espaço de endereçamento de 32 bits
� Segurança
• Demanda crescente por comunicação segura
� Novas tecnologias de comunicação
� Novas aplicações
• Necessidade de transmissão de dados para múltiplos usuários
• Demanda por protocolos eficientes na comunicação de dados multimídia
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Características Principais do IPv6
� Aumento do espaço de endereços de 32 para 128 bits
� Header básico mais simples para melhorar o desempenho do
roteamento
� Melhoria na especificação de opções (headers de extensão)
� Suporte a rótulos de tipo de fluxo (Flow Labels)
• Tratamento de requisitos especiais de QoS (áudio, vídeo, etc…)
88
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Datagrama IPv6
Base
Header
Extension
Header 1
Extension
Header n Dados...
opcionais
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
VER FLOW LABELPRIO
PAYLOAD LENGTH NXT HDR HOP LIMIT
SOURCE ADDRESS
DESTINATION ADDRESS
• Campos:
VER = 6
PAYLOAD LENGTH = tamanho
dos dados do datagrama (máx. 64K)
NXT HDR = tipo do próximo
header de extensão
HOP LIMIT ≡ TTL em IPv4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Datagrama IPv6
� Campo PRIO: classe de prioridade
• 0 - não caracterizado (normal)
• 1 - baixíssima prioridade
• 2 - Transferência de dados não interativa (ex. SMTP)
• 4 - Transferência de dados interativa (ex. FTP, HTTP)
• 6 - Tráfego interativo (ex. TELNET, X-Windows)
• 7 - ICMP, protocolos de roteamento, SNMP
• 8 a 15 - tráfego sem controle de congestionamento (áudio, vídeo, ...)
� Campo FLOW LABEL
• Valor que determina a forma de tratamento do datagrama IP.
– Especificado peloprotocolo que está controlando a QoS.
• A associação {FLOW LABEL, QoS} pode ser feita por um outro protocolo (ex:
RSVP) ou datagrama a datagrama através de um header de extensão
89
PUC-Rio / DI
TeleMídia
EXTENSION HEADER DATA
Formato do Datagrama IPv6
Base
Header
Extension
Header 1
Extension
Header n Dados...
opcionais
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
NXT HDR
NXT HDR:
0 = Hop-by-Hop Option Header
43 = Routing Extension Header
44 = Fragment Header
50 = Encapsulating Security Payload
51 = Authentication Header
60 = Destination Option Header
59 = No Next Header
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Endereçamento IPv6
0110 1000 1110 0110 1000 1100 1111 1111 0000 0000 ... 0000 0000 0000 1010
6 8 E A 8 C F F 0 0 ... 0 0 0 A
68EA:8CFF:00:00:00:00:00:0A
68EA:8CFF:0:0:0:0:0:A
68EA:8CFF::A
0:0:0:0:0:0:128.10.2.1
::128.10.2.1
Números de 16 bits
90
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Classes de Endereçamento
84.95%
0.11%
12.50%
0.11%
0.39%
0.39%
0.78% 0.78% Reserved (IPv4 compatib le - 0000:0000)
NSAP Addresses (0000:001)
IPX Addresses (0000:010)
Aggregatable Global Unicast Addresses (010)
Link-Local Unicast Addresses (1111:1110:10)
Site -Local Unicast Addresses (1111:1110:11)
Used fo r Multicast (1111:1111)
Reserved
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estratégias de Migração IPv4 →→→→ IPv6
� Dual Stack
Host
IPv6
Host
IPv4
Host
Dual Stack
Aplicação
TCP
IPv6
Eth
IPv4
91
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estratégias de Migração IPv4 →→→→ IPv6
� Tunelamento automático
Host
IPv6
Host
IPv4/IPv6
(Dual Stack)
Tunnel
Router Router
Datagrama IPv6
Inter-rede
IPv4
Datagrama IPv6Header IPv4
Aplicação
TCP
IPv6
Eth
IPv4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estratégias de Migração IPv4 →→→→ IPv6
� Tunelamento configurado
Host
IPv6
Host
IPv6
Tunnel
Router
Tunnel
Router
Datagrama IPv6
Inter-rede
IPv4
Datagrama IPv6Header IPv4
Datagrama IPv6
92
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estratégias de Migração IPv4 →→→→ IPv6
� Tradução de cabeçalhos
Host
IPv6
Host
IPv4
Router TranslatingRouter
Datagrama IPv6
Inter-rede
IPv6
Datagrama IPv6
Datagrama IPv4
Tradução
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento
Construção da Tabela de Rotas
93
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Encaminhamento
� Os roteadores possuem tabelas de rotas para
realizarem o encaminhamento
� Essas tabelas contêm, a princípio, entradas que
relacionam uma sub-rede de destino a uma métrica
(ou custo)
• Podem apresentar outras informações
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de divulgação de rotas
Tabela
de Rotas
Protocolos
de Divulgação
de Rotas
IP
R
R
R R
R
RR
R
R
R R
R
RR
94
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Principais Algoritmos
�Grafos �Roteamento
Bellman-Ford
X
Dijkstra
Vetor de Distâncias
(Isolado)
X
Estado de Enlaces
(Distribuído)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Algoritmo de Vetor de Distâncias
� Inicialmente cada roteador possui em sua tabela de
rotas uma entrada para cada sub-rede ao qual está
ligado diretamente
� Periodicamente o roteador difunde
para seus vizinhos
um vetor de distâncias e recebe deles outros vetores
• Vetor = { (Endereço de sub-rede, próx. roteador, custo) }
� Se um desses vetores revela uma rota nova, ou uma
rota de menor custo do que uma presente atualmente
na tabela de rotas local, esta rota será incorporada na
tabela local
95
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Algoritmo de Estado de Enlaces
� Cada roteador mantém um estado local (router local
state)
• Contém informações sobre interfaces operacionais do roteador e
vizinhos alcançáveis por meio dessas interfaces
� Roteador difunde estado local a todos os outros
roteadores
• Distribuição periódica ou devido a mudanças no estado local
� Cada roteador constrói uma base de dados descrevendo
a topologia da inter-rede (link-state database)
• Base de dados = {estado local do roteador i}
� Cada roteador executa o algotitmo de Dijkstra sobre sua
base
• Constrói árvore de caminho mais curto onde o roteador é a raiz
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Internet e Arquitetura TCP/IP
Sistemas autônomos
96
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistemas Autônomos (Autonomous
Systems)
estações
comutadores
gateways
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistemas Autônomos (Autonomous
Systems)
� Divisão da Internet em Sistemas Autônomos (AS),
cada AS consistindo em um conjunto de roteadores e
sub-redes sob mesma administração
� Não existe um limite teórico para o tamanho de um
AS:
• pode ser uma simples sub-rede
• pode ser uma inter-rede corporativa inteira
• pode ser um conjunto de sub-redes de clientes de um provedor de
acesso Internet
97
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistemas Autônomos
� AS pode usar igps - protocolos de roteamento interno - para
calcular rotas internas
� AS usa um egp - protocolo de roteamento externo - para trocar
informações sobre rotas com outros ASs
igp1 igp2egp
AS
1
AS
2
Roteadores de borda
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de AS
� Stub AS
• AS com conexão para apenas um outro AS
� Multihomed AS
• AS com várias conexões para outros Ass, mas que não aceita
tráfego não-local
– Tráfego não-local = Tráfego que não se originou no AS e nem
se destina ao AS
� Transit AS
• AS com várias conexões para outros ASs e que aceita tráfego
não-local, freqüentemente sob certas condições (policy
restrictions)
98
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transit AS
Multi-homed AS
Stub AS
Arquitetura Topológica Atual da
Internet
Empresa Empresa
Provedor
Provedor
ProvedorProvedor
Empresa Empresa Empresa
Empresa
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Identificação de AS
� ASN: número de 16 bits (~64K possíveis)
� ASs (e ASNs) no Brasil:
• PUC-Rio (14553), Fapesp (2715), RNP (1916), Embratel (4230),
Uninet (5772), Inside (7063), Telerj/Telemar (7298), Intelig
(17379) …
� Consulta a ASs e ASNs, AS traces:
• http://www.fixedorbit.com/search.htm
99
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos igp
RIP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo RIP
(Routing Information Protocol)
� Utiliza Algoritmo de Vetor de Distâncias
• Relembrando...
– Inicialmente, cada roteador possui emsua tabela de rotas uma
entrada para cada sub-rede ao qual está ligado diretamente
– Periodicamente o roteador difunde para seus vizinhos um
vetor de distâncias e recebe deles outros vetores
• Vetor = { (Endereço de sub-rede, próx. roteador, custo) }
– Se um desses vetores revela uma rota nova, ou uma rota de
menor custo do que uma presente atualmente na tabela de
rotas local, esta rota será incorporada na tabela local
100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo RIP
B
C
ED
A
Rede x
Rede y
Rede v
Rede t
Rede u
Rede h
Rede i
Rede j
Rede Próx. Custo
x - 1
y - 1 Rede Próx. Custo
Rede Próx. Custo
i - 1
j - 1
Rede Próx. Custo
h - 1
Rede Próx. Custo
t - 1
u - 1
v - 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo RIP
B
C
ED
A
Rede x
Rede y
Rede v
Rede t
Rede u
Rede h
Rede i
Rede j
Rede Próx. Custo
x - 1
y - 1
Rede Próx. Custo
x A 2
y A 2 Rede Próx. Custo
i - 1
j - 1
Rede Próx. Custo
h - 1
Rede Próx. Custo
t - 1
u - 1
v - 1
x A 2
y A 2
101
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo RIP
B
C
ED
A
Rede x
Rede y
Rede v
Rede t
Rede u
Rede h
Rede i
Rede j
Rede Próx. Custo
x - 1
y - 1
Rede Próx. Custo
x A 2
y A 2
Rede Próx. Custo
i - 1
j - 1
x B 3
y B 3
Rede Próx. Custo
h - 1
x B 3
y B 3
Rede Próx. Custo
t - 1
u - 1
v - 1
x A 2
y A 2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo RIP
B
C
ED
A
Rede x
Rede y
Rede v
Rede t
Rede u
Rede h
Rede i
Rede j
Rede Próx. Custo
x - 1
y - 1
Rede Próx. Custo
h E 2
x A 2
y A 2
Rede Próx. Custo
i - 1
j - 1
h E 2
x B 3
y B 3
Rede Próx. Custo
h - 1
x B 3
y B 3
Rede Próx. Custo
t - 1
u - 1
v - 1
h E 2
x A 2
y A 2
Até conv ergir....
102
PUC-Rio / DI
TeleMídia
B
C
ED
A
Custo=1
Custo 10
� Contagem p/
infinito
Problemas bem-conhecidos de Bellman-Ford
� Convergência lenta
B
C
ED
A
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Soluções para os problemas de
Bellman-Ford
� Máximo de saltos: 16 (“ infinito” do RIP)
• Diâmetro máximo da rede == 15 saltos
� “ Simple split horizon”
• Omite rotas aprendidas por um vizinho em divulgações enviadas a esse vizinho
� “ Split horizon with poisoned reverse”
• Inclui rotas aprendidas por um vizinho em divulgações enviadas a esse vizinho,
mas associa a elas custo “infinito”
� “ Triggered updates”
• Gerados quando o custo de uma rota muda
• Opera independentemente da divulgação periódica
103
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Limitações do RIP
� Uso de custo fixo
• Número de saltos
� Baixa escalabilidade
• “ Diâmetro” limitado do AS (15 saltos)
• Grandes tabelas de rotas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos igp
OSPF
104
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo OSPF
(Open Shortest Path First)
� Utiliza Algoritmo de Estado de Enlaces
• Relembrando...
– Cada roteador mantémumestado local (router local state)
• Contém informações sobre interfaces operacionais do roteador e
vizinhos alcançáveis por meio dessas interfaces
– Roteador difunde estado local a todos os outros roteadores
• Distribuição periódica ou devido a mudanças no estado local
– Cada roteador constrói uma base de dados descrevendo a topologia
da inter-rede (link-state database)
• Base de dados = {estado local do roteador i}, p/ todo i ∈ AS
– Cada roteador executa o alg. de Dijkstra sobre sua base
• Constrói árvore de caminho mais curto onde o roteador é a raiz
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Alg. de Roteamento X Alg. de Grafo
N1
N2
R1
R2
R3
R4
R5
N3
R6 R7
Rede ATM
N6
N4 N5
R1
R2 R5
R4
R3
R6
R7
????
105
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Alg. de Roteamento X Alg. de Grafo
N1
N2
R1
R2
R3
R4
R5
N3
R6 R7
Rede ATM
N6
N4 N5
R1
R2 R5
R4 N3
N6R3
N1 N2
R6
R7
N5
N4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
OSPF x RIP
� Responde mais rapidamente a mudanças na topologia
� Quando a rede está “estável”, os roteadores
trocam
pequenos volumes de informação entre si
� Métrica mais flexível
� Armazena múltiplas rotas para um mesmo destino
• Balanceamento de carga
� Agrupamento de redes em áreas
• Topologia da área é escondida do resto do AS
• Redução no tráfego de informações sobre rotas
106
PUC-Rio / DI
TeleMídia
OSPF - Definições Básicas
� Tipos de sub-redes
• Sub-redes ponto-a-ponto
– PPP, SLIP, HDLC, ...
• Sub-redes de múltiplo acesso
– X.25, ATM, ...
• Sub-redes combroadcast
– Ethernet, Token Ring, ...
PUC-Rio / DI
TeleMídia
OSPF - Definições Básicas
(continuação)
� Link-State Advertisement (LSA)
• Unidadede informação que descreve o estado local de umroteador
ou de uma sub-rede
– Estado local de umroteador: estado de suas interfaces
– Estado local de uma sub-rede: roteadores conectados àquela
sub-rede
� Link-State Database (LSDB)
• Conjunto de LSAs
107
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Representação de Redes e Roteadores
� LSAs e LSDB
• Permitem construção de grafo direcionado
• Vértices: roteadores e sub-redes
– Retângulos representam roteadores, círculos representam sub-redes
• Sub-redes ponto-a-ponto não são representadas como vértices
• Arestas
– Conectam dois roteadores se eles são ligados por uma sub-rede ponto-
a-ponto
– Conectam um roteador e uma sub-rede de múltiplo acesso ou com
broadcast se o roteador possui uma interface ligada à sub-rede
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplo de Grafo Representando um AS
N1
N2 RT2
RT1
N3
3
3
1
1
RT3
1
N4
2
RT41 RT58 8
RT68 6
7
6
7
RT10
5 1 N6
6
RT7
6
1
3RT11 2N9 1
RT9
RT12
1
1
N11 3
N102 RT8
14
N8
N7
108
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplos de LSAs
De
Pa
ra
RT12
RT12
N9
N10
1
2
De
Pa
ra
RT9
RT11
RT12
N9
0
0
0
N9
� Representação da LSA de
RT12
� Representação da LSA de
RT6
� Representação da LSA de
N9
De
Pa
ra
RT6
RT3
RT5
RT10
6
6
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Árvore SPF e Tabela de Rotas para RT6
3
3 1
2 6
7
6
4
13
1
3
2
N1
N2
N3
N4
N6
N7
N8N9
N10
N11
RT6
RT1
RT2
RT3
RT4
RT5
RT7
RT8
RT9 RT10
RT11
RT12
N1 10RT3
N2 10RT3
N3 7RT3
N4 8RT3
N6 8RT10
N7 12RT10
N8 10RT10
N9 11RT10
N10 13RT10
N11 14RT10
Rede MétricaPróx.
109
PUC-Rio / DI
TeleMídia
OSPF: Múltiplas Áreas
� Com o aumento de tamanho de um AS, começa a ser oneroso
utilizar o OSPF em cada roteador
� Solução: roteamento em dois níveis
• Rede dividida em áreas interligadas por um backbone
• Cada área se comporta como um “AS” separado
• O backbone também é uma área, e há diversos roteadores de fronteira de
área (ABR) que o interligam às outras áreas
– Para a área, ABR injeta rotas externas à área
– Para o backbone, ABR injeta um sumário da área
� Divisão em áreas permite bases de dados menores, redução das
tabelas de roteamento e diminuição do tempo de cálculo do
algoritmo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
AS Dividido emÁreas
N1
N2 RT2
RT1
N3
3
3
1
1
RT3
1
N4
2
RT41 RT58 8
RT68 6
7
6
7
RT10
5
1
N6
6
RT7
6
1
3
RT11 2N9 1
RT9
RT12
1
1
N11 3
N102 RT8
14
N8
N7
Área 1
Área 3
Área 2
110
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LSAs dasÁreas 1 e 2 Difundidos pelo
Backbone
� Representação da área 1 por RT3
� Representação da área 2 por RT7
� Representação da área 1 por RT4
� Representação da área 2 por RT10
De
Pa
ra
RT3
N1
N2
N3
4
4
1
N4 2
De
Pa
ra
RT4
N1
N2
N3
4
4
1
N4 3
De
Pa
ra
RT7
N6
N7
N8
1
5
4
De
Pa
ra
RT10
N6
N7
N8
1
5
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LSAs do Backbone Difundidos pela
Área 1
� Representação do backbone
injetada na área 1 por RT3
� Representação do backbone
injetada na área 1 por RT4
De
Pa
ra
RT3
16
20
N9-N11
18
22
N6
N7
N8
De
Pa
ra
RT4
15
19
N9-N11
18
29
N6
N7
N8
111
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LSDB da área 1
DE
RT 1 RT 2 RT 3 RT 4 N3
RT 1 0
RT 2 0
RT 3 0
RT 4 0
N1 3
N2 3
N3 1 1 1 1
N4 2
N6 16 15
N7 20 19
N8 18 18
PA
R
A
N9-N11 22 29
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes com Comutação por Rótulo
112
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
� Retardos de transferência muito grandes.
� Jitter (variação do retardo) muito grande.
• Carga de processamento elevada no comutador
(roteador)
Comutação Rápida de Pacotes
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação Rápida de Pacotes
� Relaxar (ou eliminar) o controle de erro nas camadas
de enlace e de rede.
� Relaxar (ou eliminar) o controle de fluxo nas
camadas de enlace e de rede.
� Separar os canais de sinalização e de dados: pacotes
de dados devem propagar na rede sem a necessidade
do processamento da camada de rede (label switch).
113
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Rótulos
Pilha de Controle Pilha de Dados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação por Rótulos
� A comutação por rótulos pode ser realizada em comutação
orientada a conexão ou não orientada a conexão.
� São exemplos de redes orientadas a conexão com comutação de
rótulos:
• Frame Relay
• ATM
� São exemplos de redes não orientadas a conexão com
comutação de rótulos:
• Comutação IP (MPLS)
114
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
� Como funciona o protocolo de divulgação de rotas “ Vetor de
Distâncias”?
� Como funciona o protocolo de divulgação de rotas “Estado de Enlaces”?
� O que vema ser o problema de convergência lenta e de contagempara o
infinito no algoritmo de Bellman-Ford? Como podemser resolvidos?
� Faça uma comparação entre o OSPF e o RIP.
� Quais os problemas da comutação de pacotes? Quando eles são
preponderantes? Como eles são resolvidos na comutação rápida de
pacotes?
� Quando a comutação rápida de pacotes temum desempenho pior do que
a comutação de pacotes?
� Porque são necessárias duas pilhas de protocolo na comutação rápida de
pacotes?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação por Rótulo
Com Conexão
115
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
S
tabela porta 1
a 3 ?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
S
tabela porta 1
a 3 ?
116
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
tabela porta 1
c 4 ?
S
tabela porta 3
a 2 z
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
tabela porta 1
c 4 ?
S
tabela porta 3
a 2 z
z
117
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
tabela porta 1
c 4 a S
tabela porta 3
a 2 z
z
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
S
tabela porta 3
a 2 z
z
118
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
S
tabela porta 3
a 2 z
z
a
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
a
tabela porta 3
a 2 z
z
a
119
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
b
tabela porta 3
a 2 z
z
a
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
a 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
a
tabela porta 3
a 2 z
z
a
Z
120
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação Por Rótulos
� A tabela de comutação de rótulos pode ser construída
por procedimentos de estabelecimento de conexão,
como descrito anteriormente, e neste caso temos
conexões dinâmicas (ou chaveadas).
� Procedimentos de gerenciamento podem também ser
usados para escrever diretamente na tabela de
comutação. Neste caso temos conexões semi-
permanentes ou permanentes.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Frame Relay
121
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Frame Relay
� Redes frame relay são redes com comutação de
rótulos orientadas a conexão.
� Os pacotes que trafegam na rede, denominados
quadros, são de tamanho variáveis.
� Na comutação dos quadros, o nível de enlace nos
comutadores realiza a detecção de erro e a
comutação de rótulos. Funções de correção de erro e
controle de fluxo não são realizadas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Frame Relay
Pilha de Controle
Normalmente inexistente
Conexões por Gerência
Pilha de Dados
122
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço de Frame Relaying
DL-CONTROL
DL-CORE
Níveis 3 a 7
FÍSICO
DL-CORE
FÍSICO
DL-CORE
FÍSICO
DL-CONTROL
DL-CORE
Níveis 3 a 7
FÍSICO
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Quadros Frame Relay
FLAG FLAGDLCI FCSInformação
DLCI 0 RES EA 0
EA 1DEBECNFECNDLCI 1
Octeto 2
Octeto 3
1 octeto 2 octetos 2 octetos 1 octeto
1 bit 1 bit1 bit 1 bit4 bits
123
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Frame Handler
ICF = 5
ICF = 6
ICF = 7
ICF = 8
ICF = 9
DLCI = 312
DLCI = 0 DLCI = 0
DLCI = 0
DLCI = 0 DLCI = 0
DLCI = 334
DLCI = 342
DLCI = 306
DLCI = 306 DLCI = 322
Frame Relay
Control Point
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Quadros Frame Relay
FLAG FLAGDLCI FCSInformação
DLCI 0 RES EA 0
EA 1DEBECNFECNDLCI 1
Octeto 2
Octeto 3
1 octeto 2 octetos 2 octetos 1 octeto
1 bit 1 bit1 bit 1 bit4 bits
124
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes ATM
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes ATM
� Redes ATM são redes com comutação de rótulos orientadas a
conexão.
� Os pacotes que trafegam na rede, denominados células, são de
tamanho fixos (53 octetos).
� Na rede ATM, o nível de enlace, denominado camada ATM,
realiza apenas a comutação de rótulos. Nenhuma função de
controle de erro e controle de fluxo de dados é realizada.
� No estabelecimento da conexão, requisitos de qualidade de
serviço (QoS), tais como retardo máximo, banda passante, etc.,
podem ser requeridos, e podem ser garantidos pela rede.
125
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modelo de Referência
Camada Física
Camada ATM
Plano de
Controle
Plano do
Usuário
Camada de
Adaptação
Camada de
Adaptação
Camadas
Superiores
Camadas
Superiores
Plano de
Gerenciamento
das Camadas
Plano de
Gerencimento
dos Planos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Células ATM
48 octetos
GFC VPI
1 2 3 4 5 6 7 8
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
48 octetos
VPI
1 2 3 4 5 6 7 8
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
UNI NNI
HEC HEC
126
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação por Rótulo
Sem Conexão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Mapeamento Baseado em Topologia
• Decisão de encaminhamento tomada baseada no endereço
de destino, ou na composição endereços fonte e destino
Comutação por Rótulo
127
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Mapeamento Baseado em Topologia
� Mapeamento Baseado em Fluxo
• Decisão de encaminhamento tomada baseada no tipo de
fluxo. Fluxos mais duradouros são comutados, os outros
roteados normalmente.
Comutação por Rótulo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação Por Rótulos em Redes Não Orientadas a
Conexão
� Em redes não orientadas a conexão, o LSP precisa ser
refrescado de tempos em tempos. Diz-se que o LSP
estabelece uma conexão “soft state”.
� No modo orientado a tráfego, um intervalo grande
entre pacotes do mesmo fluxo gera a retirada do LSP
das tabelas de comutação do caminho. O próximo
pacote do fluxo vai então estabelecer um novo LSP.
� No modo orientado a topologia, cada alteração na
tabela de roteamento pode gerar a destruição do LSP
correspondente, e a geração de um novo LSP.
128
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ARIS - AGGREGATE ROUTE-BASED
IP SWITCHING
Tecnologia desenvolvida pela IBM.
ISR A
Rede A
ISR B
Rede B
ISR C
Rede C
ISR D
EI=1
Rede=C
EI=27
Rede=C
EI=8
Rede=C
EI = Egress Identifier, ou
Identificador de Saída
ISR = Integrated Switch
Router
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação IP
129
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Roteamento IP
Sou eu o Destino ?
Pega o Endereço IP de
Destino (Dn)
Está Dn entre as rotas diretas ?
Está Dn entre as rotas indiretas ?
Existe uma rota default ?
Reporta “Rede inalcançável” e
descarta o datagrama
Datagrama Chegou !!!
Envia diretamente pela
rede conectada
Envia para o endereço do
roteador especificado
Envia pela rota default
Sim
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação IP
� Preocupação: compatibilidade
• Nem todas as soluções permitem que sejam
utilizados os comutadores já existentes,
geralmente se amarrando a hardwares específicos.
130
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MPLS - MultiProtocol Label Switching
� Tentativa de padronização: formado um grupo de
trabalho do IETF, sob o nome de MultiProtocol Label
Switching, ou simplesmente MPLS.
� Responsável por padronizar uma tecnologia base para
uso em label switching e roteamento a nível de
camada de rede, bem como a sua implementação
sobre diversas outras tecnologias de conexão, que
incluem: POS (Packet-over-SONET), Frame Relay,
Ethernet, Token-Ring, ATM, etc.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MPLS
Rede MPLS
Nós de Borda
Ponto de
Ingresso
Ponto de
Saída
Label Switched
Path (Fluxo)
Label Switched
Router
Nós Internos
131
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LDP - Label Distribution Protocol
� LSRs devem ser capazes de trocar mensagens de
controle com seus vizinhos de forma a compartilhar
um acordo comum do relacionamento de cada um dos
rótulos associados a um fluxo qualquer. Este
procedimento é conhecido como Protocolo de
Distribuição de Rótulos (LDP).
� Dois grandes subgrupos:
• Edge Control Operation (abordagem orientada à topologia), ou
Operação Controlada na Borda, representado pelos padrões
ARISSPEC e TDP;
• Distributed Operation (abordagem orientada ao tráfego), ou
Operação Distribuída, representado pelo FANP e IFMP.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo de
Distribuição de Rótulos
132
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LDP
� Modelo dowstream-on-demand .
� É iniciado por um nó de borda (um ponto de ingresso
ou saída).
� Mensagens explícitas do LDP carregam informações
de gerenciamento de rótulos que são escolhidos pelo
nó na direção do fluxo (rótulo de entrada) e
comunicado ao nó vizinho no sentido inverso (que o
usará como rótulo de saída).
PUC-Rio / DI
TeleMídia
LDP
� Ao receber uma mensagem LDP Hello, o LSR inicia o
estabelecimento de uma conexão TCP com o LSR que originou
a mensagem.
� Uma vez estabelecida a conexão, parâmetros são trocados, por
intermédio de mensagens LDP Initialization, o que inicia uma
sessão LDP entre os LSRs pares. Estes LSRs devem concordar
sobre a versão do protocolo LDP, o método de distribuição de
rótulos a ser utilizado (unsolicited downstream ou downstream-
on-demand), se o controle da distribuição será ordenado ou
independente, se o modo de retenção de rótulos será liberal ou
conservativo, valores de timeout, dentre outros parâmetros.
� Uma vez estabelecida uma sessão LDP, LSRs vizinhos podem
trocar associações de rótulos a FECs por intermédio das
mensagens de anúncio Label Request e Label Mapping.
133
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
S
tabela porta 1
D 3 ?
Label Request
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
D 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
S
134
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
D 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
tabela porta 1
c 4 ?
S
tabela porta 3
a 2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
D 3 ?
tabela porta 4
b 3 ?
tabela porta 1
c 4 a S
tabela porta 3
a 2 D
Label Mapping
135
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
D 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
S
tabela porta 3
a 2 D
PUC-Rio / DI
TeleMídia
34
1
2
3
1 2
34 1
2 3
4
1
2
3
4
tabela porta 1
D 3 b
tabela porta 4
b 3 c
tabela porta 1
c 4 a
D
tabela porta 3
a 2 D
136
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mensagens LDP
LDP Me ssages
Discovery Me ssages
Hello Envia da por um L SR a os LSRs vizinhos de forma a anunciar a sua presença .
Address Identi fica o endereço de uma inte rfa ce de um LSR.
Address Withdra w Elimina a ide nt ific açã o de endereço de uma inte rfa ce de um LSR.
Session Me ssages
Ini tializa tion Util iza da no esta be le cim ento de uma sessão L DP.
KeepAlive Mantém a sessã o LDP at iva.
Adver tiseme nt Message s
Label Reque st Solici ta uma a ssoc ia ção de um rótulo a uma FEC e m particula r.
Label Mapping Informa a a ssocia ção de um rótulo a uma FE C.
Label Abort Re quest Ut il iza do para torna r sem efeito a solici ta ção de uma associaçã o.
Label Withdraw Elimina a a ssociaç ão rótulo a FE C informada previa mente.
Label Rele ase Pe rm ite a um LSR sinal iza r que a a ssocia çã o s olici ta da nã o é mais ne ces sá ria.
Notific ation Me ssage s
Notific at ion Condiç õe s de e rro ou sta tus são e nvia da s at ravés desta mensa gem.
__MACOSX/Slides/Arquivos Originais/._02.grupo.pdf
Slides/Arquivos Originais/03.grupo.pdf
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Transporte
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço de Transporte
¾ De forma análoga às camadas de enlace e de rede, a
camada de transporte oferece ao nível de sessão, dois
tipos de serviço:
• serviços não-orientados à conexão.
• serviços orientados à conexão
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Não-Orientado à Conexão
¾ Quando opera no modo não-orientado à conexão, a
camada de transporte mapeia o pedido de transmissão
de uma SDU (unidades de dados de serviço, ou seja,
mensagem do nível superior) de transporte em um
pedido de transmissão feito, usualmente, ao serviço
não-orientado à conexão fornecido pela camada de
rede.
¾ O UDP da Internet é um exemplo de protocolo que
implementa o serviço não-orientado a conexão.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Orientado a Conexão
¾ No modo de operação ori entado à conexão, o serviço de transporte
fornece meios para estabelecer, manter e liberar conexões de
transporte entre um par de usuários, possivelmente entidades da
camada de sessão, através de pontos de acesso ao serviço de
transporte (SAPs). Para o protocolo de transporte, tudo então se
passa como se houvesse um circuito ligando cada par de SAPs
(denominado circuito virtual).
¾ Sobre uma conexão, controle de erro e de fluxo são geralmente
aplicados. De fato, os protocolos de transporte lembram, sob vários
aspectos, os protocolos do nível de enlace. Todas as técnicas
apresentadas para o nível de enlace para controle de erro e fluxo
também se aplicam ao nível de transporte, só que agora não mais na
conexão de enlace, mas no circuito virtual estabelecido entre os
SAPs de transporte.
¾ O TCP da Internet é um exemplo de protocolo que implementa o
serviço orientado a conexão. Outro exemplo é o padrão TP4 da ISO.
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Funções da Camada de Transporte
¾ Multiplexação ou splitting.
¾ Transporte de unidades de dados do serviço de transporte (SDUs ou
mensagens).
¾ Segmentação e blocagem.
¾ Detecção e correção de erros fim a fim.
¾ Sequenciação.
¾ Controle do fluxo de dados nas conexões de transporte.
¾ Transporte de dados expresso.
• Uma unidade de dados expressa é transferida/processada com
prioridade maior que as unidades de dados normais.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação
¾ Custo: Várias concessionárias de serviços de rede
fazem a sua tarifação baseada no tempo em que uma
conexão de rede está aberta.
• Em uma aplicação com tráfego em rajada essa conexão pode ficar
muito tempo ociosa, tendo o usuário de pagar por esse tempo. Uma
solução é a multiplexação de várias conexões de transporte na
conexão de rede.
¾ Banda passante: Quando a conexão de rede oferece
uma banda passante muito maior que a utilizada pelas
conexões de transporte.
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Splitting
¾ Banda passante: a conexão de rede pode oferecer uma
banda passante muito mais baixa do que a necessária
pela conexão de transporte. Uma solução nesse caso é
realizar a divisão (splitting) da conexão de transporte
em várias conexões de redes.
¾ No caso de uma estação possuir vários canais de
saída no nível físico, o splitting pode ser usado para
aumentar ainda mais o desempenho.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços Oferecidos
¾Com conexão
¾Sem conexão
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Estabelecimento de Conexão
(b)
E1 E2
PC
PC
PC
CC
CC
CC
D
D
D
PC
CC
D
PUC-Rio / DI
TeleMídia
¾ Método proposto por Tomlinson [Tomlinson 75]
¾ Duas unidades de dados do protocolo de transporte
(T-PDU) com numeração idêntica nunca podem estar
pendentes
ao mesmo tempo.
¾ As numerações das T-PDUs não se repetem dentro do
período T - tempo de vida de um pacote.
Three-way Handshake
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Three-way Handshake
(a)
(b)
E1 E2
E1 E2
PC(a)
PC(a)
CC(b,a)CC(b,a)
D(a,b) D(a,b)
PC(i) = Pedido de conexão (seq=i)
CC(j,i) = Confirmação de conexão (seq=j, ack=i)
D(i,j) = Dados (seq=i, ack=j)
PC(a)
PC(b)
PC(b)
CC(c,b)
CC(k,a)
CC(c,b)
D(b,c)
D(b,c)
D(b,c)
PC(a)
CC(k,a)
D(b,c)
R(j) = Rejeita conexão (ack=j) R(k)
R(k)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Encerramento de Conexões
¾ Um problema presente é evitar que dados sejam perdidos depois
que um dos lados encerrou a conexão.
¾ Uma entidade de transporte ao pedir uma desconexão deve
aguardar por um tempo antes de fechar a conexão, podendo
receber dados durante esse período.
¾ Uma conexão termina apenas depois de decorrido um certo
tempo sem que chegue nenhuma T-PDU.
¾ Dessa forma, se um lado se desconectar, o outro vai notar a falta
de atividade e também se desconectar.
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Encerramento de Conexões
¾ Para evitar que uma conexão seja desfeita, os participantes
devem assegurar o envio de T-PDUs periódicas informando que
estão vivos, quando não têm dados a transmitir.
¾ Caso muitas T-PDUs se percam durante uma conexão, um dos
lados pode fechar a conexão indevidamente.
¾ Uma combinação de temporizadores com confirmação de
desconexão pode ser tentada, sempre minimizando o problema.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Qualidade de Serviço
¾ O retardo no estabelecimento da conexão.
¾ O retardo no encerramento da conexão.
¾ A probabilidade de falha no estabelecimento da conexão.
¾ A probabilidade de falha na liberação da conexão.
¾ A vazão em cada sentido da conexão, isto é, a taxa de bits transferidos por
segundo.
¾ O retardo de transferência médio, tambémemcada sentido.
¾ O retardo de transferência máximo, tambémem cada sentido.
¾ A variação estatística do retardo, expressa, por exemplo, em termos da
variância do retardo de transferência.
¾ A taxa de erro, expressa emporcentagemdos bits transmitidos.
¾ Probabilidade de queda de uma conexão, isto é, a probabilidade de que a
camada de transporte se veja obrigada a fechar u ma conexão devido a falhas
ou problemas de congestionamento.
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Transporte
¾ Mesmas técnicas do nível de enlace
agora aplicadas fim-a-fim
¾ Controle de Fluxo
• Stop-and-Wait
• Sliding Window
¾ Controle de Erro
• ARQ Automatic Repeat Request
• Selective Repeat
• Go Back N
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Fluxo
¾ Regula o fluxo de quadros entre transmissor e
receptor
¾ Resolve o problema de diferença entre velocidade de
transmissão e recepção
¾ Não permite que uma estação transmissora mais
rápida sobrecarregue uma estação receptora
¾ Técnicas:
• Stop-and-Wait
• Sliding Window
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo Stop-and-Wait
Quadro 0
win 1
win 1
Quadro 0
Quadro 1
win 0
win 0
Quadro 1
Transmissor Receptor
Quadro 0
win 1
win 1
Quadro 0
T
Quadro 1
win 0
win 0
Quadro 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo Sliding Window
Quadro 0 Quadro 0
Quadro 1
win 4
win 4
Quadro 1
Transmissor Receptor
Quadro 4 Quadro 4
T
Quadro 0 Quadro 0
Quadro 2 Quadro 2
Quadro 3 Quadro 3
win 3
win 3
Quadro 1 Quadro 1
Quadro 2 Quadro 2
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo Sliding Window
Quadro 0 Quadro 0
Quadro 1
win 4
win 4
Quadro 1
Transmissor Receptor
Quadro 4 Quadro 4
T
Quadro 0 Quadro 0
Quadro 2 Quadro 2
Quadro 3 Quadro 3
win 3
win 3
Quadro 1 Quadro 1
Quadro 2 Quadro 2
Quadro 3 Quadro 3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Erro
¾ Detecção de erro
• Checksum
• CRC - Cyclic Redundancy Code
¾ Correção de erro
• recuperação do quadro original
• retransmissão do quadro com erro
¾ Correção de erro
• Stop-and-Wait ARQ
• Selective Repeat
• Go-Back-N
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Erro
Protocolo Stop-and-Wait ARQ
Quadro 0
ACK 1
ACK 1
Quadro 0
Quadro 1 Quadro 1
Transmissor Receptor
Quadro 1
ACK 0
ACK 0
Quadro 1
TInterv alosde Timeout
Quadro 0
ACK 1
ACK 1
Quadro 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Erro
Protocolo GO BACK N
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 E 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9
Interv alo de TIMEOUT
Quadros descartados
Tempo
Tamanho da janela de recepção > 1
A1 A2 A5 A7
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de erro
Protocolo SELECTIVE REPEAT
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11 12
0 1 E 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11
Interv alo de TIMEOUT
Quadros bufferizados
Tempo
Tamanho da janela de recepção > 1
Interv alo de TIMEOUT
Interv alo de TIMEOUT
A0 A1 A8 A9
Quadros descartados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços de Rede
x
Serviços de Transporte
Serviço de
Datagramas
Serviço de
Datagramas
Serviço de
Circuito
Virtual
Serviço de
Datagramas
Serviço de
Datagramas
Serviço de
Circuito
Virtual
Serviço de
Circuito
Virtual
Serviço de
Circuito
Virtual
Camada de
Transporte
Camada de
Rede
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ISO - TP
¾ Tipo A: redes que consideram erro qualquer perda de
dados.
• Nesse tipo de rede a quantidade de pacotes duplicados,
perdidos, fora de seqüência ou danificados é desprezível.
• O serviço fornecido por esse tipo de rede é orientado à
conexão. As redes locais que fornecem o serviço orientado à
conexão IEEE 802.2 se aproximam bastante desse perfil.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ISO - TP
¾ Tipo B: como as redes tipo A, as redes tipo B
consideram erro qualquer perda de dados.
Entretanto, nesse tipo de rede os erros são mais
freqüentes, sendo então menos confiáveis que
as do tipo A.
• Enquadram-se nesse tipo, as redes públicas que
fornecem serviço de circuito virtual. O serviço
fornecido pelas redes tipo B também é orientado à
conexão.
14
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ISO - TP
¾ Tipo C: redes que não detectam erros quando
pacotes são perdidos, duplicados, entregues
fora de ordem ou danificados.
• Essas redes fornecem o serviço datagrama não-
confiável (serviço sem conexão e sem confirmação).
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP0
¾ Fornece mecanismos para estabelecer e
encerrar conexões de transporte, utilizando uma
conexão de rede para cada conexão de
transporte aberta.
¾ As funções executadas na fase de transferência
de dados resumem-se a: transferência de PDUs
e, segmentação e remontagem de SDUs.
¾ Pressupõe a utilização de redes tipo A.
15
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP1
¾ O TP1 é semelhante ao TP0, porém foi projetado para recuperar
erros causados pela reiniciação (reset) de conexões de rede.
¾ Deve ser utilizado em redes onde ocorrem reiniciações com uma
certa freqüência.
¾ As PDUs são numeradas e armazenadas enquanto a entidade de
transporte de origem não receber um reconhecimento. Quando a
conexão de rede usada por uma conexão de transporte é
reiniciada, o fornecedor do serviço de transport e TP1 sabe
ressincronizar e continuar do ponto em que tinha parado.
Nenhum controle de erro ou fluxo é realizado, além daquele
fornecido pela própria camada de rede.
¾ O TP1 foi projetado para ser usado em redes tipo B, porém pode
ser usado também em redes tipo A.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP2
¾ O TP2
implementa a multiplexação do acesso.
¾ Redes públicas baseiam, normalmente, sua tarifação na
cobrança de uma taxa para cada conexão estabelecida, e
de outra taxa para cada pacote transmitido.
¾ Adicionalmente, o TP2 pode executar as funções de
controle de fluxo e segmentação/remontagem de SDUs,
não realizando qualquer controle de erro ou recuperação
em caso de reiniciação de uma conexão.
¾ Esse protocolo é, portanto, apropriado para redes tipo A.
16
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP3
¾ O TP3 combina as funções dos protocolos TP1 e
TP2, implementando as funções:
• multiplexação/demultiplexação de conexões de redes
• controle de fluxo, segmentação/remontagem e
restabelecimento de conexões no caso de reiniciação de
conexões de redes.
¾ Esse protocolo pode ser usado em redes tipo A ou B.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP4
¾ Projetado para redes tipo C (embora possa
obviamente ser utilizado em redes de tipo A e B), que
fornecem serviço sem conexão e sem confirmação.
¾ Cabe ao TP4 detectar e recuperar pacotes perdidos,
duplicados, danificados e entregues fora de
seqüência.
17
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TP4
¾ Utiliza three-way handshake.
¾ Fornece o serviço de multiplexação de conexões de transporte em uma
conexão de rede, e permite também que a carga de uma conexão de
transporte seja distribuída (splitting) em várias conexões de rede.
¾ Fornece segmentação e blocagem.
¾ Utiliza o mecanismo de checksum para detectar erros. Usa o seletive
repeat para recuperação de erros.
¾ Controle de fluxo implementado através da técnica de janela
deslizante (sliding window) com alocação dinâmica de crédito.
• Toda vez que envia o reconhecimento das mensagens que recebeu, o
receptor envia também o valor do crédito corrente (o valor do crédito
indica o número de buffers que o receptor tem disponíveis em um dado
momento). Por exemplo: ACK (x, w').
¾ Oferece um serviço expresso. As PDUs transportando dados expressos
têm prioridade em relação às PDUs com dados comuns.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Em que tipo de rede a comutação rápida de pacotes tem um bom desempenho?
¾ O que vem a ser comutação rápida por pacotes? Qual a diferença para a
comutação de pacotes?
¾ Por que na comutação rápida de pacotes são necessárias duas pilhas de protocolo?
¾ Faça passo a passo o procedimento de uma comutação rápida por pacotes em
redes com conexão?
¾ Faça passo a passo o procedimento de uma comutação rápida por pacotes em
redes sem conexão?
¾ Descreva o funcionamento da rede frame relay.
¾ Descreva o funcionamento de uma rede ATM.
¾ Você poderia usar o mesmo procedimento de comutação rápida de pacotes das
redes com conexão em redes sem conexão? Se sim, como? O que é conexão soft
state?
¾ Como funciona o padrão MPLS?
18
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Faça uma avaliação dos serviços de transporte com e sem conexão, sobre serviços
de rede com e sem conexão.
¾ Quais as funções da camada de transporte, obrigatórias e opcionais?
¾ Quando e por que é necessário a multiplexação no nível de transporte?
¾ Quando e por que é necessário o splitting no nível de transporte?
¾ Quais os problemas relacionados ao estabelecimento de conexões no nível de
transporte? Como podem ser solucionados?
¾ Quais os problemas relacionados ao encerramento de conexões no nível de
transporte? Como podem ser minorados?
¾ O que vem a ser qualidade d serviço?
¾ Cite e explique dois mecanismos para controle de erro no nível de transporte.
¾ Cite e explique dois mecanismos para controle de fluxo no nível de transporte.
¾ Faça uma avaliação dos diversos tipos de protocolo de transporte ISO, frente aos
diversos níveis de rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
UDP
19
PUC-Rio / DI
TeleMídia
User Datagram Protocol
¾ Fornece serviço sem conexão não confiável utilizando o IP
¾ Multiplexação de conexões em várias portas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação e Demultiplexação UDP
Porta 1
IP
Porta 2 Porta 3
UDP
(Demultiplexação baseado
no número da porta)
20
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Quadro UDP
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
UDP SOURCE PORT UDP DESTINATION PORT
UDP MESSAGE LENGTH UDP CHECKSUM
DATA
. . .
Opcionais -- campo = 0
RFC 1123 recomenda uso dos dois campos
Checksum feito somente sobre a mensagem UDP
não garante que o endereço IP de destino está correto
ou que os dados do datagrama foram entregues
ao protocolo correto (checksum do IP pode ter falhado)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
SOURCE IP ADDRESS (*)
DESTINATION IP ADDRESS
ZERO PROTO (17) UDP LENGTH
UDP SOURCE PORT UDP DESTINATION PORT
UDP MESSAGE LENGTH UDP CHECKSUM
DATA
. . .
(*) Viola a divisão estrita em camadasNão é enviado no pacote UDP
UDP Pseudo-Header
para cálculo do checksum
21
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Módulo IP
Módulo UDP
Aplicação
Send(IP dest, porta, dados apl)
dados apl
dados UDP
Send(IP dest, dados udp)
header
IP
dados IP
header
UDP
IP src
UDP Checksum X Modelo OSI
¾ End. IP de origem não é informado pela aplicação, quando a mesma
deseja enviar um pacote UDP
• módulo UDP tem que pedir ao módulo IP o end. IP do host
• Não há uma separação bem definida (em termos de encapsulamento) entre os dois
módulos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
22
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmission Control Protocol
¾ Serviço confiável orientado a conexão
(Circuito Virtual)
• Sequenciação
• Deteção e correção de erros fim-a-fim
• Sliding Window
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Portas TCP
¾ Cada um dos usuários (processos de aplicação) que o
TCP está atendendo em um dado momento é
identificado por uma porta diferente.
¾ Para obter um endereço que identifique univocamente
um usuário TCP, o identificador da porta é
concatenado ao endereço IP onde a entidade TCP está
sendo executada, definindo um socket.
¾ Um socket, que é equivalente a um T-SAP, identifica
univocamente um usuário TCP em toda a inter-rede.
23
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Quadro TCP
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
¾ Uma conexão é identificada pelo par de sockets de
suas extremidades.
¾ Um socket local pode participar de várias conexões
diferentes com sockets remotos.
¾ Uma conexão pode ser usada para transportar dados
em ambas as direções simultaneamente, ou seja, as
conexões TCP são full-duplex.
24
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Segmento TCP
Ao contrário do UDP,
SOURCE PORT e CHECKSUM
são obrigatórios
HLEN -> 4 bits
comprimento do header medido
em múltiplos de 32 bits (4
octetos)
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA (IF ANY)
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
CHECKSUM calculado
do mesmo modo que
no UDP (Pseudo-header,
com campo PROTOCOL = 6)
Octetos presentes
no buffer de transmissão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
¾ O algoritmo de three-way handshake é utilizado na
abertura de conexões.
¾ TCP transfere uma cadeia (stream) contínua de
octetos, nas duas direções, entre seus usuários.
Normalmente o TCP decide o momento de parar de
agrupar os octetos e
de, conseqüentemente, transmitir
o segmento formado por esse agrupamento. Porém,
caso deseje, o usuário do TCP pode fazer uso da
função push que faz com que o TCP transmita
imediatamente os octetos que estão nos seus buffers
aguardando transmissão.
25
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
¾ Cada octeto transmitido é associado a um número de
seqüência. O número de seqüência do primeiro octeto
dos dados contidos em um segmento é transmitido
junto com o segmento e é denominado número de
seqüência do segmento.
¾ Os segmentos carregam “de carona” (piggybacking)
um reconhecimento. O reconhecimento constitui-se
do número de seqüência do próximo octeto que a
entidade TCP transmissora espera receber do TCP
receptor na direção oposta da conexão.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
¾ O mecanismo de controle de fluxo baseia-se no
envio, junto com o reconhecimento, do número de
octetos que o receptor tem condições de receber
(tamanho da janela de recepção), contados a partir do
último octeto da cadeia de dados recebido com
sucesso.
¾ Com base nessa informação o transmissor atualiza
sua janela de transmissão, ou seja, calcula o número
de octetos que pode enviar antes de receber outra
liberação.
26
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janelas Deslizantes no TCP
Janela de transmissão (Octetos)
Transmitidos
e reconhecidos Em processo de transmissão
Ainda a serem
transmitidos
Janela de recepção (Octetos)
Buffer livre para recepçãoBuffer ocupadocom octetos não lidos
pela aplicação
receptora
......
... ... ...
segmentos
... ...
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janelas Deslizantes no TCP
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
... ...
SEQ (X octetos)Necessário
para o controle
de retransmissões
27
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
... ...
SEQ (X octetos)
...
Janelas Deslizantes no TCP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
ACK (reconhecimento)
... ...
...
Reconhecimentos são sempre cumulativos,
isto é, especificam o número de seqüência do
próximo OCTETO que o receptor espera receber.
Janelas Deslizantes no TCP
28
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
... ...
...
Janelas Deslizantes no TCP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
Aplicação
receptora lê
Y octetos
... ...
...
Janelas Deslizantes no TCP
29
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
Janela de recepção (Octetos)
......
W IN (atualização de janela)
... ...
...
Janelas Deslizantes no TCP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de transmissão (Octetos)
... ... ...
......
... ...
Janela de recepção (Octetos)
Bufferização E temporização são fundamentais para
controle de erro e fluxo em TCP
Janelas Deslizantes no TCP
30
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA (IF ANY)
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
Segmento TCP – Informação da janela
de Tx
Identifica a posição, relativa
ao fluxo de bits da origem
deste segmento, dos dados
carregados pelo mesmo.
OBS: posição informada em
octetos
31
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Segmento TCP – Informação da janela
de Rx
Informa ao receptor deste
segmento a quantidade
máxima de octetos que o
transmissor deste segmento
pode aceitar no momento
Informa ao receptor deste
segmento o próximo número de
seqüência que o transmissor
deste segmento espera
receber no próximo segmento
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA (IF ANY)
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
31
PIGGYBACKING
31
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolo TCP
(Transmission Control Protocol)
¾ Multiplexação do SAP IP por meio de portas
¾ Serviço orientado a conexão (circuito virtual) e confiável
• Seqüenciação
• Controle de fluxo e erro fim-a-fim
¾ Transmissão em fluxos
• Unidade de transmissão: octeto
¾ Desassociação da quantidade de dados enviados pela aplicação
• Segmentação e blocagem
¾ Conexão full-duplex
• Fluxos independentes nas duas direções
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Políticas de implementação do TCP
¾ Transmissão: octetos são
enviados (em segmentos) de
acordo com implementação
¾ Recepção: octetos são
entregues à aplicação de
acordo com implementação
¾ Aceitação
• Em ordem
– Segmentos fora de ordem
são descartados
• Em janela
– Segmentos fora de ordem
são bufferizados
¾ Retransmissão:
• Primeiro somente
• Em lote
– Um timer por janela
• Individual
– Um timer por segmento
¾ Reconhecimento
• Imediato
• Retardado
– Aguarda piggybacking
para enviar
reconhecimento
32
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Considerações a Respeito da
Retransmissão
¾ Novamente: reconhecimento especi fica o próximo OCTETO
esperado pelo receptor
• TCP não é obrigado a retransmitir o segmento original. Ele pode transmitir
um segmento resultante da união de dois ou mais segmentos consecutivos
(repacketization), respeitando o tamanho máximo que um segmento pode ter
¾ Configuração do timeout de retransmissão
• Timeout pequeno: retransmissões desnecessárias
• Timeout grande: baixa vazão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Definição do Timeout de Retransmissão
¾ Variável básica: round-trip time
¾ Exemplo de fórmula para cálculo adaptativo do RTT
• RTT = (α * OLD_RTT) + ((1-α) * NEW_RTT_SAMPLE)
• RTT inicial = 0 (RFC 1122)
• NEW_RTT_SAMPLE é obtida para cada “nova” janela
¾ Exemplo de fórmula para definição do timeout emfunção de RTT
• Timeout = β * RTT
– β pode ser estático (=2) ou obtido por outroalgoritmo
• Timeout inicial = 3 segundos
• Timeout máximo = 240 segundos
¾ Algoritmo de Jacobson (melhor resposta a altas variações de RTT)
• β = variância de RTT
33
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cálculo do Timeout
SEQ = 100
SEQ = 200
ACK = 300
SEQ = 300
SEQ = 400
Timeout = 3000 ms
NEW_RTT_SMP = 1000ms
RTT = 500 ms
αααα = 0.5, ββββ = 2
Tamanho dos segmentos = 100
Timeout = 1000 ms
SEQ = 300
NEW_RTT_SMP = ?
Timeout
esgotado
Ambiguidade de Reconhecimento
ACK = 500
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ambiguidade de Reconhecimento
¾ Caso o reconhecimento do segmento chegue após a
retransmissão do mesmo, que valor atribuo a
NEW_RTT_SAMPLE ?
• Solução: não considerar RTT de segmentos retransmitidos
– RTT pode permanecer indefinidamente inadequado
¾ Algoritmo de Karn
• Timer Backoff: toda vez que um segmento é retransmitido, timeout é
multiplicado por N (normalmente 2)
• Quando é recebido o reconhecimento correspondente a um segmento não
retransmitido, RTT e Timeout são recalculados com base nos valores
anteriores aos Backoffs
34
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Algoritmo de Karn
SEQ = 100
SEQ = 200
ACK = 300
SEQ = 300
SEQ = 400
NEW_RTT_SMP = 1000ms
RTT = 500 ms
SEQ = 500
ACK = 600
Timeout = 1000 ms
ACK = 500
SEQ = 300Timeout = 2000 ms
Timeout
Esgotado
(Karn)
NEW_RTT_SMP = 800 ms
RTT = 650 ms
Timeout = 1300 ms
Timeout = 2000 ms
αααα = 0.5, ββββ = 2
Tamanho dos segmentos = 100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Segmento TCP – Informação da janela
de Rx
Informa ao receptor deste
segmento a quantidade
máxima de octetos que o
transmissor deste segmento
pode aceitar no momento
Informa ao receptor deste
segmento o próximo número de
seqüência que o transmissor
deste segmento espera
receber no próximo segmento
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA (IF ANY)
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
31
PIGGYBACKING
35
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Considerações a Respeito do Controle
de Fluxo
¾ Receptor informa WINDOW = 0 quando não consegue mais
receber
¾ Quando espaço é liberado, receptor envia atualização de janela
com WINDOW > 0
• E se a atualização de janela for perdida ?
– Transmissor envia segmentos de um único octeto periodicamente
(window probes) para testar tamanho da janela de recepção do
receptor
• E se a aplicação receptora estiver lendo do buffer blocos de dados muito
pequenos, em comparação com a taxa de envio do módulo TCP no
transmissor ?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Fluxo
SEQ = 100
SEQ = 200
ACK = 300
WIN = 280
Apl. lê 20 octetosSEQ = 300
SEQ = 400
ACK = 500
WIN = 100
SEQ = 500
Ta
m
a
n
ho
do
s
s
e
gm
e
n
to
s
=
10
0
(ta
m
.
m
áx
)
...
ACK = 600
WIN = 0
ACK = 300
WIN = 300
(WIN = 480)
36
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Fluxo (continuação)
SEQ = 500
Apl. lê 10 octetos
SEQ = 600
(tam=10)
ACK = 610
WIN = 0
Apl. lê 30 octetos
ACK = 640
WIN = 0
...
...
Ta
m
a
n
ho
do
s
s
e
gm
e
n
to
s
<
<
10
0
Silly Window Syndrome
ACK = 600
WIN = 10
ACK = 600
WIN = 0
ACK = 610
WIN = 30
SEQ = 610
(tam=30)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tecla A press
SEQ = 100
Eco tecla A
ACK = 101Tecla B press
SEQ = 101
Tecla C press
SEQ = 102
Eco tecla C
ACK = 103
...
Display da
tecla A
Eco tecla B
ACK = 102
...
Silly Window Syndrome
¾ Atualização de janela informa WINDOW de valor muito pequeno
• Consumo desnecessário de banda e de processamento
¾ Segmentos pequenos podem ser produzidos também pelas
características do transmissor
• Ex: emulação de terminal
Tempo entre
teclas > 0.2s
Tempo entre
tecla e eco < 0.2 seg
37
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Silly Window Syndrome
¾ Solução no transmissor: algoritmo de Nagle
• Quando uma aplicação gera novos dados a serem enviados em uma
conexão na qual dados anteriores foram transmitidos, mas não
reconhecidos, os novos dados são bufferizados, só sendo enviados quando:
– for possível completar um segmento de tamanho máximo
OU
– os dados anteriores forem reconhecidos
• Eficiente em uma inter-rede com retardo alto
• RFC 1122 sugere desabilitar o algoritmo de Nagle em transmissões com
interatividade próxima a tempo real
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Silly Window Syndrome
¾ Solução no receptor
• Só enviar uma atualização de janela informando WINDOW > 0
posteriormente a uma atualização de janela informando WINDOW = 0
quando buffer de recepção estiver com espaço livre igual a:
– pelo menos 50% do buffer
OU
– espaço correspondente a um segmento de tamanho máximo
38
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Colapso de congestionamento
Controle de congestionamento
¾ Controle de fluxo do TCP é fim-a-fim, mas pode ocorrer
congestionamento em qualquer roteador
¾ Sliding Window não garante que o TCP contribua no controle de
congestionamento
• Roteadores na iminência de congestionamento
• Aumento do RTT
• Retransmissões devido a reconhecimentos atrasados
• Aumento da carga nos roteadores congestionados
– Descarte de datagramas (dados e ACKs) em roteadores
congestionados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Colapso de congestionamento
¾ Solução: TCP assume que grande parte das perdas de segmentos
se deve a congestionamento
¾ É associado ao transmissor uma janel a de congestionamento,
que limita a transmissão de segmentos
• Janela de congestionamento inicial: 1 segmento
• Vazão da conexão cresce com o aumento da janela de congestionamento,
que em condições normais mantém seu tamanho igual ao da janela de
recepção do receptor
¾ Em caso de retransmissão, a janela de congestionamento é
reduzida ao seu tamanho inicial
• Algoritmo de Karn é utilizado exponencialmente
– (N = timeout atual)
39
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Como aumentar a vazão da conexão ?
¾ Algoritmo de Slow Start
• Para cada reconhecimento recebido (de um segmento não retransmitido), a
janela de congestionamento é aumentada de um segmento (de tamanho
máximo)
¾ Em condições “ ideais”, o algoritmo de Slow Start pode levar a
um crescimento exponencial da janela de congestionamento
• Sobrecarga na rede pode reiniciar congestionamento
• Solução: técnica de prevenção contra congestionamento
– Quando a janela de congestionamento atinge metade de seu tamanho
anterior à última retransmissão, o TCP passa a aumentar a janela de
congestionamento somente quando TODOS os segmentos internos à
janela forem reconhecidos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Slow Start
Tamanho dos segmentos = 1Kb
Janela de Recepção = 64 Kb
0
8
16
24
32
40
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Número da transmissão
Ja
ne
la
d
e
co
n
ge
st
io
n
am
en
to
(K
by
te
s)
40
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Slow Start
¾ Algoritmo de Slow Start reduz drasticamente a vazão de uma
conexão TCP
¾ Melhora: técnica de decréscimo multiplicativo
• Em caso de retransmissão, a janela de congestionamento é reduzida pela
metade, até o mínimo de um segmento de tamanho máximo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Slow Start + Decréscimo Multiplicativo
Tamanho dos segmentos = 1Kb
Janela de Recepção = 64 Kb
0
8
16
24
32
40
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Número da transmissão
Ja
ne
la
d
e
co
n
ge
st
io
n
am
en
to
(K
by
te
s)
41
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TCP
¾ O algoritmo de three-way handshake é utilizado na
abertura de conexões.
¾ TCP transfere uma cadeia (stream) contínua de
octetos, nas duas direções, entre seus usuários.
Normalmente o TCP decide o momento de parar de
agrupar os octetos e de, conseqüentemente, transmitir
o segmento formado por esse agrupamento. Porém,
caso deseje, o usuário do TCP pode fazer uso da
função push que faz com que o TCP transmita
imediatamente os octetos que estão nos seus buffers
aguardando transmissão.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
ACK PSH RST SYN FIN
Urgent Pointer válido
Campo ACK válido
Requisição de PUSH
Reinicializa conexão
Sincroniza números de sequência
Transmissor atingiu fim do stream
Segmento TCP
CODE BITS
(6 bits)
Uma vez que uma
conexão tenha sido
estabelecida, este flag
permanece sempre setado
URG
42
PUC-Rio
/ DI
TeleMídia
Apl. ativa Apl. passiva
Caso trivial
do algoritmo
3-way
handshake
isnA -
SEQ ACK
x octetos (x=0, geralmente)
Flag SYN = 1
Flag ACK = 0
isnA+x+1isnB+y+1
SEQ ACK Flag SYN = 0
Flag ACK = 1
isnB isnA+x+1
SEQ ACK
y octetos (y=0, geralmente)
Flag SYN = 1
Flag ACK = 1
Estabelecimento de conexões
¾ SEQ carrega número de seqüência inicial (ISN) que cada módulo TCP vai
utilizar para sequenciar segmentos TCP
• ISN incrementado a cada 4 µs
¾ ACK permite que dados do usuário sejam enviados junto ao pedido de
estabelecimento (reconhecimento na confirmação da conexão)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Timeout de Estabelecimento
¾ Timeout para segmentos SYN é igual ao timeout
inicial (3 seg)
¾ Maioria das implementações permite mais de uma
tentativa
• Algoritmo de Karn
• Windows NT: máximo de 5 tentativas
43
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Encerramento de conexões
¾ Conexão full-duplex: fluxos são encerrados de modo independente
¾ Na prática, o encerramento dos fluxos costuma ocorrer
consecutivamente
apl.
fecha
conexão
informa
apl.
x
SEQ
apl.
fecha
conexão
Flag FIN = 1
x+1
ACK
y
SEQFlag FIN = 0
y x+1
SEQ ACKFlag FIN = 1
y+1
ACK
x+1
SEQ Flag FIN = 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Processamento de dados urgentes
¾ Flag URG do campo CODE BITS setado
¾ Dados urgentes são, em geral, informações de controle
transmitidas junto com os dados propriamente ditos (sinalização
in-band).
• Ex: CTRL+C em emulação de terminalOcteto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
Delimita dados
urgentes no
segmento
44
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Campo TCP Options
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
0 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
Option Code Length Data 1 . . . Data n
1 octeto 1 octeto 1 octeto 1 octeto1 octeto
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Opções TCP Principais
8 10 Timestamp (permite obter vários NEW _RTT_SAMPLE por janela, mesmo utilizando retransmissão em lote).
Código Comp. Descrição
0 - Fim da lista de opções.
2 4 Maximum Segment Size (válido apenas em segmento com flag SYN = 1)
3 3
W indow Scale Factor (aumenta as janelas de
transmissão de 16 p/ 32 bits. Válido apenas em
segmento com flag SYN =1)
4 2
Selective ACK Permitted (permite ao transmissor
retransmitir SOMENTE segmentos perdidos. Válido
apenas em segmento com flag SYN=1)
5 Variable Selective ACK (identifica segmentos a serem retransmitidos seletivamente)
45
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Quais as funções realizadas pelo protocolo UDP e como são realizadas?
¾ O que é o UDP Pseudo-Header? Para que serve?
¾ O que é umsocket? Qual sua relação como T-SAP?
¾ Como é identificada uma conexão TCP? Um socket pode participar de
mais de uma conexão?
¾ Por que o TCP é dito orientado a “stream”? O que vema ser o “push”?
¾ Como são numerados os pacotes TCP?
¾ Como é realizado o controle de erro no TCP?
¾ Como é realizado o controle de fluxo no TCP? O que é a janela de
recepção e a janela de transmissão?
¾ Existe uma única implementação TCP? Discuta as diversas políticas de
implementação?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ É necessário que o TCP retransmita exatamente o mesmo pacote no caso de
timeout?
¾ Quais os problemas que podem acontecer com a escolha de um timeout pequeno?
E de um timeout grande?
¾ Explique o algoritmo de cálculo de time-out através de vários cenários de
exemplos. Por que é necessário um valor mínimo inicial e um valor máximo?
¾ Explique o problema de ambiguidade de reconhecimento. Como pode ser
resolvido?
¾ Explique o algoritmo de Karn.
¾ Quais os problemas que podem acontecer com relação ao controle de fluxo? Cite
pelo menos 3 e explique.
¾ Como resolver o problema da perda da informação da janela?
¾ Como resolver o problema denominado “silly window”, tanto do receptor quanto
do transmissor?
46
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Por que o TCP não funciona bem em redes com alta taxa de erro?
¾ O que é janela de congestionamento? Qual seu limite máximo?
¾ Explique o algoritmo de “ slow start”. Por que ele pode reiniciar
uma condição de congestionamento? Como pode ser reduzido o
problema?
¾ O que vem a ser decréscimo multiplicativo? Por que ele é
necessário?
¾ Para que serve o campo “ code bits” do TCP? Explique o “three-
way-handshake” utilizando esse campo. Explique também o
encerramento de conexões.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
API de Transporte
47
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Processo e de Nome
¾ Existem várias formas de um processo descobrir o T-
SAP do processo de destino com quem deseja se
comunicar.
¾ O servidor de processos e o servidor de nomes são
duas dessas formas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidor de Processo
¾ Servidor de processos (ou logger) especi al, conectado a um T-
SAP bem conhecido, através do qual todos os serviços devem
ser solicitados.
¾ Quando um processo cliente deseja algum serviço, ele deve
começar pelo estabel ecimento da conexão com o servidor de
processos (com o T-SAP do servidor de processos).
¾ Uma vez que a conexão tenha sido estabel ecida, o cliente manda
ao servidor de processos o nome do serviço que deseja.
¾ Servidor de processo escolhe um T-SAP livre na estação e gera
o processo do serviço requisitado dizendo a esse processo para
escutar o T-SAP escolhido.
¾ Servidor de processos manda uma mensagem ao cliente remoto
contendo o T-SAP escolhido e encerra a conexão.
48
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidor de Nomes
¾ Nesse modelo existe um processo especial chamado servidor de
nomes.
¾ Na realidade o servidor de nomes pode ser implementado de
forma distribuída, com um processo em cada estação.
¾ Usuário cliente estabelece uma conexão com o servidor de
nomes, que está vinculado a um T-SAP conhecido.
¾ Cliente envia uma mensagem solicitando o endereço do serviço,
recebendo como resposta o T-SAP requisitado.
¾ Cliente encerra a conexão com o servidor de nomes e abre uma
conexão com o T-SAP do serviço desejado.
¾ O modelo servidor de nomes exige que cada serviço na rede se
cadastre no servidor de nomes, indicando seu T-SAP.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
API de Transporte
¾ Uma interface para programa de aplicação
(Application Program Interface API) é uma
interface disponível para programadores.
¾ A disponibilidade de uma API depende tanto do
sistema operacional usado, quanto da linguagem de
programação.
49
PUC-Rio / DI
TeleMídia
APIs de Transporte
¾ As duas APIs de comunicação mais conhecidas para
sistemas Unix são os Berkeley Sockets e a TLI (System
V Transport Layer Interface). Depois estendidas
também para outros sistemas operacionais, como o
WinSocket.
• Interfaces desenvolvidas para linguagemC.
¾ NetBIOS (Network Basic Input Output System), depois
NetBeui, desenvolvida para DOS, Windows, etc.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ Uma associação (association) é definida como uma
quíntupla {protocolo, endereço local, processo local,
endereço remoto, processo remoto}.
¾ A socket System Call especifica apenas o protocolo.
A chamada tem como argumentos de entrada uma
família (no nosso caso específico definindo o uso dos
protocolos TCP/IP)
e um tipo (no nosso caso
específico indicando se é um socket para TCP, ou
UDP, ou IP). A chamada tem como retorno um valor
inteiro, referido como descritor do socket: sockfd.
50
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ Uma vez criado um socket, podemos associar um
endereço (TCP, UDP ou IP) a ele, através da
chamada bind, que tem como argumentos o sockfd e
um ponteiro para o endereço, que como vimos, no
ambiente TCP/IP se constitui de: <endereço de porta,
endereço de rede, endereço de estação>.
¾ Quando na chamada bind o endereço de porta é
especificado como zero, cabe ao sistema escolher um
T-SAP ocioso, isto é, um endereço ocioso, e associá-
lo ao socket. A chamada bind completa o processo
local e o endereço local de uma associação.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ A chamada getsockname retorna o endereço local e o
processo local associado ao sockfd, passado como
argumento de entrada.
¾ A chamada listen é usada para alocação de um espaço
para o armazenamento de pedidos de conexão. A
chamada tem como argumentos de entrada o sockfd e
o número de pedidos de conexão que devem ser
aceitos.
51
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ A chamada getpeername é semelhante à chamada getsockname. A
diferença é que ela retorna o <endereço remoto, processo remoto>
associado ao sockfd, passado como argumento de entrada.
¾ A chamada connect serve para estabelecer uma conexão ent re dois
sockets.
¾ A chamada tem como argumentos de entrada o sockfd, o processo
remoto e o endereço remoto.
¾ A interface não exige que tenha sido realizada antes a chamada
bind. Se não foi, a própria chamada connect atribuirá um endereço
local e porta local ao sockfd, caso tenha-se escolhido na chamada
socket um serviço com conexão. Nesse caso, após a chamada
connect toda a quíntupla da associ ação, {protocolo, endereço
local, processo local, endereço remoto, processo remoto}, estará
formada.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ Um serviço sem conexão também pode utilizar a
chamada connect.
¾ Nesse caso, a única tarefa realizada pela chamada é o
armazenamento da associação formada, para que o
sistema possa saber no futuro a quem encaminhar os
dados escritos no sockfd, e de quem receber os
datagramas futuros enviados ao sockfd.
52
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ A chamada accept deve ser realizada sempre depois de uma
chamada listen, que é capaz apenas de armazenar pedidos de
conexão vindos de outros processos.
¾ Accept toma a primeira requisição de conexão da lista e cria um
novo socket, com as mesmas propriedades do sockfd. Dessa forma,
uma única porta pode ser usada para o estabelecimento de múltiplas
conexões.
¾ Após a realização da conexão, a chamada retorna o novo sockfd
criado, o endereço remoto e o processo remoto. Caso a conexão não
tenha sucesso, é retornada uma indicação de erro, junto com o
endereço remoto e o processo remoto.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ As chamadas send, sendto, recv e recvfrom são
usadas para envio e recebimento de dados. Todas
passam como argumento o sockfd.
¾ A chamada sendto tem também como argumento o
endereço e processo de destino dos dados.
¾ A chamada recvfrom tem também como argumento o
endereço e processo de origem dos dados. Todas
essas chamadas podem ser usadas nos protocolos com
e sem conexão.
53
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Berkeley Sockets
¾ A chamada close é usada para eliminar um socket. Se
existir uma conexão associada ao socket ela é
encerrada.
¾ No sistema 4.3BSD, sockets são implementados
dentro do kernel do Unix. Todas as chamadas do
sistema que discutimos são pontos de entrada no
kernel.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sockets
Processo do
Usuário
Interface de
cham adas do socket
Protocolos de
Com unicação
(TCP/UDP/IP)
Driver de Rede
(Ethernet)
Kernel
54
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Aplicação TCP/IP
¾ FTP Transferência de Arquivos
¾ TELNET Emulação de Terminal
¾ NFS Sistema de Arquivos Distribuído
¾ SMTP Correio Eletrônico
¾ SNMP Gerenciamento
¾ DNS Serviço de Diretório
¾ RPC Chamada Remota de Procedimentos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos e Inter-Dependência
HARDWARE + ENLACE DE DADOS + PROTOCOLOS DE ACESSO
ARP RARP
TCP UDP
ASN.1 SMTP RLOGINRSH TELNET DNS ASN.1 TFTP BOOTP RPC
IP + ICMP + IGMP
CMOT FTP SNMP
NFS
CMOT
APLICAÇÕES
XDR
55
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NetBIOS - Network Basic Input Output
System
¾ Desenvolvido pela IBM
¾ Extensão da BIOS para serviços de comunicação através de uma
rede local
¾ Oferece uma interface de baixo nível para programação de
aplicações distribuídas
¾ Conjunto padronizado de serviços acessados através das
interrupções de software 5Ch e 2Ah
¾ Toda troca de dados entre aplicação e NetBIOS é realizada
através de uma estrutura de dados padrão chamada NCB
(Network Control Block)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NetBIOS
NetBIOS
Interface : int 5Ch
int 2Ah
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
NetBIOS
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5
IEEE 802.2 Logical Link Control
56
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comandos NetBIOS
33h
35h
32h
ADAPTER STATUS
CANCEL
RESET
Obtém informações sobre uma interface de rede local ou remota
Cancela comandos pendentes
Limpa tabelas de nomes e sessões
Comando Cód Descrição
Comandos Gerais
36h
30h
31h
F8h
ADD GROUP NAME
ADD NAME
DELETE NAME
FIND NAME
Adiciona um nome de grupo na tabela de nomes local
Adiciona um nome na tabela de nomes local
Remove um nome da tabela de nomes local
Determina a localização de um nome na rede
Comando Cód Descrição
Comandos de suporte a Nomes Lógicos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comandos NetBIOS (cont.)
10h
17h
12h
11h
16h
14h
15h
CALL
CHAIN SEND
HANG UP
LISTEN
RECEIVE ANY
SEND
RECEIVE
Cria uma conexão lógica com uma aplicação local ou remota
Envia dois buffers de dados através de uma sessão estabelecida
Finaliza uma conexão lógica
Aceita pedidos de conexões lógicas
Recebe dados de qualquer conexão lógica existente
Envia dados através de uma conexão lógica
Recebe dados através de uma conexão lógica específica
34hSESSION STATUS Recebe informações de estado de todas conexões lógicas ativas
Comando Cód Descrição
Comandos de suporte ao Serviço de Sessões
57
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comandos NetBIOS (cont.)
Comando Cód Descrição
23hRECEIVE BROADCASTDATAGRAM Recebe um datagrama de qualquer estação da rede
21hRECEIVE DATAGRAM Recebe um datagrama de uma estação específica da rede
22hSEND BROADCASTDATAGRAM Envia um datagrama para todas estações da rede
20hSEND DATAGRAMDATAGRAM Envia um datagrama para uma estação específica da rede
Comandos de suporte ao serviço de Datagramas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Network Control Block - NCB
1
1
1
1
4
2
16
16
1
1
4
1
14
1
NCB_COMMAND
NCB_RETCODE
NCB_LSN
NCB_NUM
NCB_BUFFER
NCB_LENGTH
NCB_CALLNAME
NCB_NAME
NCB_RTO
NCB_STO
NCB_POST
NCB_CMD_CPLT
NCB_RESERVE
NCB_LANA_NUM
Campo Tam
Código do comando NetBIOS desejado
Código de retorno do comando
Número da sessão local (retornado por CALL ou LISTEN)
Identifica um nome local (retornado por ADD [GROUP] NAME)
Ponteiro para um buffer de dados (segment:offset)
Tamanho do buffer de dados
Identifica o nome do destinatário (aplicação
remota)
Identifica o nome do remetente (aplicação local)
Valor do timeout para recepção
Valor do timeout para transmissão
Rotina callback executada ao final de um comando assíncrono
Status do comando (FFh - Pendente, 00h - Sucesso, outros - Erro)
Área reservada
LAN Adapter Number - identificação da placa adaptadora
Descrição
58
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NetBIOS
NetBIOS
Interface : int 5Ch
int 2Ah
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
NetBIOS
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5
IEEE 802.2 Logical Link Control
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Sessão, Apresentação e Aplicação
59
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RM-OSI - Protocolos de Alto Nível
¾ O RM-OSI ainda define mais três camadas em sua
arquitetura. No entanto, na prática, poucas
arquiteturas de redes atuais seguem essa estruturação,
que passa assim a ganhar apenas o aspecto didático
de apresentar quais funções são ainda necessárias.
¾ Como o nível de transporte, essas camadas só existem
fim a fim.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RM-OSI em uma Rede em Grafo
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
Aplicação
Apresen tação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação
Apresen tação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sistema Aberto
A Protocolo de Aplicação
Protocolo de Apresentação
Protocolo de Sessão
Protocolo de T ransporte
Protocolo de Rede
Protocolo de Enlace
Protocolo de Nível Fís ico
Sis tema Aberto
B
Sistemas
Retransmissores
60
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Sessão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Sessão
¾ O objetivo do nível de sessão é fornecer os meios necessários
para que seus usuários (normalmente entidades do nível de
apresentação) possam organizar e sincronizar seus diálogos e
gerenciar suas trocas de dados.
¾ Operando no modo orientado à conexão, o nível de sessão provê
os serviços necessários para que seus usuários possam
estabelecer conexões, transmitir e receber dados, e encerrar
conexões de forma ordenada.
¾ No modo não orientado à conexão o nível de sessão mapeia
endereços de transporte em endereços de sessão, repassando os
dados que recebe dos seus usuários para o nível de transporte
(também operando no modo não-orientado à conexão), e vice-
versa. Em outras palavras, suas funções são quase nulas.
61
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conexão de Sessão
¾ Uma conexão de sessão é mapeada em uma única
conexão de transporte em um dado instante.
¾ A duração das conexões de sessão e transporte
podem ser diferentes.
• Uma conexão de transporte pode suportar várias conexões de
sessão consecutivas, ou uma conexão de sessão pode estender-se
sobre várias conexões de transporte.
• A possibilidade de uma conexão de sessão estender-se sobre mais
de uma conexão de transporte permite que o serviço de sessão
recupere erros na rede que provoquemo encerramento de conexões
de transporte.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ponto de Sincronização Principal
¾ O ponto de sincronização principal é usado para estruturar a troca de
dados emunidades de diálogo. Dois pontos de sincronização principais
adjacentes definemuma unidade de diálogo.
Unidade de Diálogo
Ponto de
Sincronização
Principal
Ponto de
Sincronização
Principal
Ponto de
Sincronização
Secundário
Ponto de
Sincronização
Secundário
Ponto de
Sincronização
Secundário
Tempo
62
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ponto de Sincronização Principal
¾ Ao definir um ponto de sincronização principal, o
usuário suspende a transmissão de dados até que o
ponto de sincronização seja reconhecido pelo seu
parceiro no diálogo.
¾ O ponto de sincronização principal marca o limite
para recuperação de dados, não sendo possível
recuperar dados enviados antes do último ponto de
sincronização principal transmitido e reconhecido.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ponto de Sincronização Secundário
¾ Os pontos de sincronização secundários são usados para estruturar a
troca de dados dentro de uma unidade de diálogo.
¾ Eles aumentam a flexibilidade em termos de recuperação de falhas.
¾ Após transmitir um ponto de sincronização secundário, o transmissor
não precisa suspender a transmissão de novos dados para esperar pelo
reconhecimento do ponto de sincronização secundário.
¾ A qualquer momento, é possível ressincronizar o diálogo em qualquer
um dos pontos de sincronização secundários dentro da unidade de
diálogo corrente, obviamente também é possível retomar o diálogo a
partir do seu início, que é definido por um ponto de sincronização
principal.
¾ Fica a cargo da aplicação decidir entre a sobrecarga envolvida na
emissão e confirmação de pontos de sincronização e a diminuição do
tempo de recuperação caso seja necessária uma ressincronizacão do
diálogo.
63
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Atividade
¾ Cada atividade consiste em uma ou mais unidades de
diálogo.
Unidade de Diálogo
Ponto de
Sincronização
Pr incipal
Ponto de
Sincronização
Secundári o
Unidade de Diálogo
Ponto de
Sinc ronização
Principal
Ponto de
Sincr onização
Pr incipal
Ponto de
Sincroni zaçã o
Se cu ndário
Atividade
Tempo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Atividade
¾ Atividades podem ser interrompidas e posteriormente retomadas na
mesma conexão ou em conexões de sessão subseqüentes.
¾ Uma atividade pode ser usada, por exemplo, para suspender uma
transferênci a em curso, de um arquivo muito longo (atividade A),
para que seja transferido um arquivo de maior prioridade (atividade
B).
¾ Esse conceito também pode ser usado quando é necessário suspender
uma atividade muito longa, por exemplo, no final do expediente de
trabalho, para retomá-la no início do próximo expediente.
¾ Cabe salientar que o serviço de sessão simplesmente guarda o último
ponto de sincronização (principal ou secundário) confi rmado,
permitindo que a atividade seja retomada a partir desse ponto. Cabe
ao usuário do serviço de sessão armazenar qualquer outro tipo de
informação necessária ao reinício da atividade suspensa.
64
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Atividades e Sessões
Conexão de Sess ão
Tempo
Atividade
Capab ili ty
Da ta
Cap abil ity
Data
Conexão de Sess ão
Atividade
C apabi lit y
Dat a
TempoAtivid ade
C apabi lit y
Dat a
C apabi lit y
Dat a
C apab ilit y
Dat a
Tempo
Con exão de Sessão Con exão de Sessão
Cap abi lity
Data
Atividade
Interrupção
da Ati vid ade
Rei níci o
da Ativ ida de
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Token
¾ Um token é um recurso de uma conexão de sessão que é
dinamicamente atribuído a um usuário em um dado instante do
tempo, concedendo a esse usuário o direito exclusivo de
executar determinados serviços.
¾ Quatro tokens são definidos:
• Dados: usado para controlar o direito de transmitir dados.
• Sincronização secundária: define o usuário que tem direito de emitir
pontos de sincronização secundários.
• Sincronização principal/Atividade: é usado para gerenciar a emissão de
pontos de sincronização principal e a estrutura das atividades.
• Encerramento de conexão: define quem tem o direito de encerrar a
conexão de sessão.
65
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Apresentação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Apresentação
¾ A função do nível de apresentação é compatibilizar a
forma como são representadas as informações
intercambiadas pelos usuários, realizando
transformações
adequadas nos dados, antes de seu
envio ao nível de sessão.
¾ Transformações típicas dizem respeito à compressão
de textos, criptografia, conversão de padrões de
terminais e arquivos para padrões de rede e vice-
versa.
66
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxes
¾ Face à complexidade das estruturas intercambiáveis por diversas
aplicações, surgem duas questões.
• Como podem ser definidas as estruturas de dados a serem intercambiadas?
• Como pode uma instância de uma estrutura (p.ex., uma transferência
bancária específica) ser intercambiada e compreendida por diferentes
sistemas, independentemente da plataforma de hardware ou software
utilizadas?
¾ A descrição das estruturas de dados dos objetos a serem
intercambiados.
¾ Uma codificação não ambígua para instâncias dessas estruturas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe Abstrata
¾ A sintaxe abstrata para uma estrutura de dados é uma
especi ficação da organização dessa estrutura de forma
independente da codi ficação interna utilizada por máquinas para
representá-la.
¾ Uma sintaxe abstrata torna possível a definição de tipos de
dados e permite também que sejam atribuídos valores aos tipos
de dados.
¾ Ao invés de se utilizar de uma linguagem de programação, a
ISO definiu uma linguagem própria para a especi ficação de
estruturas de dados de forma abstrata, linguagem esta
padronizada e denominada Abstract Syntax Notation One
(ASN.1).
67
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ASN.1
RegFunc ::= [APPLICATION 0] IMPLICIT SET {
Nom e,
Idade [1] IMPLICIT INTEGER,
Profissão [2] VisibleString }
Nom e ::= [APPLICATION 1] IMPLICIT SEQUENCE {
Ultim oNom e [1] VisibleString,
Com plem ento [2] VisibleString OPTIONAL,
Prim eiroNom e [3] VisibleString }
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe Concreta
¾ Definida uma representação abstrata para uma
estrutura de dados, várias representações concretas
são possíveis.
¾ Denomina-se sintaxe concreta a especificação de um
formato para a codificação de instâncias de estruturas
de dados a partir de uma sintaxe abstrata.
68
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Representaçoes Concretas do Número Inteiro 534
Esquema de Codificação Endereço Menor Endereço Maior
Representaçã o binária usada pelo
processador Motorola 68.000
0000 0010 0001 0110
Representaçã o binária usada pelo
processador Intel 8086
0001 0110 0000 0010
Representaçã o binária codificada em
decimal (BCD) usada no IBM 370
0000 0101 0011 0100
Representaçã o ASCII usada em
microcomputa do re s
0011 0101 0011 0011 0011 0100
Representaçã o EBCDIC usada em
computadore s de grande porte
1111 0101 1111 0011 1111 0100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe Concreta
¾ Definida uma representação abstrata para uma
estrutura de dados, várias representações concretas
são possíveis.
¾ Denomina-se sintaxe concreta a especificação de um
formato para a codificação de instâncias de estruturas
de dados a partir de uma sintaxe abstrata.
¾ Para a definição de uma sintaxe concreta para o
padrão ASN.1, a ISO definiu o padrão ASN.1 BER
(ASN.1 Basic Encoding Rules) [ISO 90d].
69
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ASN.1 BER
60 APPLICATION 0, RegFunc tag (IMPLICIT SET constructed)
36 Length of RegFunc fields (54 decimal)
61 APPLICATION 1, Nome tag (IMPLICIT SEQUENCE constructed)
26 Length of Nome fields (38 decimal)
A1 UltimoNome tag, (constucted)
08 Length
06 Length
A2 Complemento tag, (constructed)
0F Length
1A VisibleString
0D Length
A3 PrimeiroNome tag, (constucted)
09 Length
1A VisibleString
07 Length
Joaquim PrimeiroNome Value
81 Idade tag (IMPLICIT INTEGER)
Length
1F Value (decimal 31)
A2 Profissão
0A Length
1A VisibleString
07 Length
1A VisibleString
Xavier UltimoNome Value
Jose da Silva Complemento Value
Alferes Value
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe de Transferência
¾ A sintaxe concreta utilizada para o intercâmbio é
denominada sintaxe de transferência.
¾ Uma possível sintaxe de transferência é a obtida
através das regras estabelecidas pelo padrão ASN.1
BER.
¾ A principal função do nível de apresentação é realizar
o mapeamento e a conversão entre uma representação
utilizada para intercâmbio e a representação interna
de aplicações.
70
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Contexto de Apresentação
¾ Em geral, podem ser utilizadas mais de uma combinação de
sintaxes abstratas e sintaxes de transferência.
¾ Cada combinação de sintaxe abstrata e sintaxe de transferência é
denominada contexto de apresentação.
Usuário 1
Função 2Função 1
Usuário 2
Sint Abstr
A
Função 1 Função 2
Contexto
2Contexto
1
Contexto
1
Contexto
3
Sint. de Transf.
T
Entidade de Apresentação Entidade de Apresentação
Sint Abstr
A
Sint Abstr
B
Sint Abstr
C
Sint. de Transf.
T
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Apresentação
¾ O nível de apresentação amplia o serviço do nível de sessão,
acrescentando basicamente a negociação das sintaxes de
transferênci a utilizadas na comunicação e a transformação das
sintaxes usadas pelas aplicações na sintaxes de transferência
negociadas.
¾ Os serviços do nível de sessão (por exemplo, estabelecimento de
conexão, transferências de dados, gerenciamento de token,
encerramento de conexão etc.) são fornecidos às entidades de
aplicação na forma de servi ços de apresentação. Quando for esse
o caso, a camada de apresentação atua simplesmente repassando
as primitivas que dizem respeito aos serviços de sessão entre as
entidades de aplicação e de sessão.
¾ Como não existe multiplexação ou splitting no nível de
apresentação, uma conexão de apresentação é mapeada em uma
única conexão de sessão.
71
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Apresentação
¾ A coleção dos contextos negociados em uma conexão define o
conjunto dos contextos da conexão (Defined Context Set DCS).
¾ Depois do estabelecimento da conexão e, portanto, da definição
de um DCS inicial, é possível opcionalmente adicionar-se ou
remover-se contextos.
¾ Dados definidos em termos de uma sintaxe abstrata são
representados no ambiente local do sistema por uma sintaxe
concreta. Uma transformação entre essa sintaxe concreta e a
sintaxe de transferênci a é necessári a para que os dados sejam
transferidos.
¾ Conceitualmente, essa conversão se dá em duas fases:
inicialmente a representação concreta local é mapeada na
representação abstrata, e depois, a representação abstrata é
transformada na representação concreta de transferência.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Apresentação
¾ Quando uma representação abstrata local é
transformada na representação concreta de
transferência, a entidade de apresentação pode aplicar
técnicas de compressão ou compactação, para
diminuir o volume dos dados transferidos.
¾ A entidade de apresentação pode também utilizar
algoritmos de criptografia para evitar que os dados
transferidos sejam interpretados por usuários não
autorizados.
72
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Aplicação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Aplicação
¾ O nível de aplicação oferece aos processos de
aplicação os meios
para que estes utilizem o ambiente
de comunicação OSI.
¾ Nesse nível são definidas funções de gerenciamento e
mecanismos genéricos que servem de suporte à
construção de aplicações distribuídas.
73
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Aplicação
Nível de Apresentação
Usuário do RTSE
RTSE
ACSE
RT-OPEN
RT-CLOSE
RT-TR ANSFER
RT-TU RN-PLEASE
RT-TU RN-GIVE
RT-ABOR T
A-ASSOCI ATE
A-RELEASE
A-ABORT
P-DATA
P-MINOR-SYNC HRONI ZE
P-ACTIVI TY-STAR T
P-ACTIVI TY-EN D
P-ACTIVI TY-I NTERRU PT
P-ACTIVI TY-D ISCAR D
P-ACTIVI TY-R ESUME
P-U-EXCEPTI ON-REP ORT
P-TOKEN -PLEASE
P-CONTROL-GIVE
P-CONN ECT
P-RELEASE
P-ABORT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Como funciona um servidor de processos? E um servidor de nomes?
¾ O que vem a ser um API de transporte? Dê exemplos.
¾ O que representa cada parâmetro de uma associação (association) {protocolo, endereço local,
processo local, endereço remoto, processo remoto}?
¾ Como pode ser especificado um SAP de transporte específico para uma associação? Como
pode der passado para o protocolo de transporte esta responsabilidade? Quando é útil cada
uma das opções?
¾ Detalhe o processo de estabelecimento de conexões usando sockets, explicando cada
chamada de sistema realizada e como elas realizam suas funções.
¾ Para que serve a chamada connect em um serviço sem conexão?
¾ O que é NetBIOS, uma API, um protocolo? Como pode ser implementado em uma rede local
isolada (não ligada a outras redes)? Como pode ser implementado em uma rede local ligada a
Internet?
¾ Compare o NetBIOS com a API Socket.
74
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Como é realizada a chamada às funções do NetBIOS?
¾ Como é realizado o suporte a nomes lógicos? Como isto é realizado pela API Socket?
¾ Quais as funções do nível de Sessão?
¾ Como é realizado o sincronismo em um diálogo? Para queserve? Quando é útil?
¾ Relacione a duração de conexões do nível de Sessão com suas respectivas conexões de
Transporte? Por que elas podem ser diferentes? Quando isto é útil?
¾ Para que servem os pontos de sincronização secundários? Eles são necessários ou pode se
operar só com pontos de sincronização principais?
¾ Quais as funções do nível de Apresentação?
¾ O que vem a ser sintaxe abstrata, sintaxe concreta e sintaxe de transferência?
¾ O que é um contexto de apresentação?
¾ Baseado nos contestos de apresentação, explica as funções do nível de apresentação.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistemas Operacionais
de Rede
Sistemas Operacionais
de Rede
Netware
UNIX
Pathworks
WFW
Lan Manager
Vines
75
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Hardware
Sistema
Operacional
Aplicação
Sistemas Operacionais
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aplicação Aplicação Aplicação
Hardware
SORSOL
Hardware
SORSOL
Hardware
SORSOL
Sistemas Operacionais
76
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redirecionamento no Nível de BIOS
Hardware do
Microcomputador
Hardware do
Microcomputador
BIOS do
Microcomputador
BIOS do
Microcomputador
Aplicação do
Usuário
Aplicação do
Usuário
Protocolos de
Comunicação
Protocolos de
Comunicação
Hardware da
Rede
Hardware da
Rede
Sistema
Operacional
Sistema
Operacional
RedirecionadorRedirecionador
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redirecionamento no Nível de Sistema
Operacional
Hardware do
Microcomputador
Hardware do
Microcomputador
BIOS do
Microcomputador
BIOS do
Microcomputador
Aplicação do
Usuário
Aplicação do
Usuário
Protocolos de
Comunicação
Protocolos de
Comunicação
Hardware da
Rede
Hardware da
Rede
Sistema
Operacional
Sistema
Operacional
RedirecionadorRedirecionador
77
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Paradigma Cliente-Servidor
Softwares Aplicativos
(DBMS, Editores, ...)
Redirecionador
Sistema
Operacional
do Cliente
(DOS)
Driver de
Protocolos
( NetBIOS,
SPX/IPX,... )
Driver da
Placa
Interrupção 21h
Driver de
Protocolos
( NetBIOS,
SPX/IPX,... )
Driver da
Placa
Sistema Operacional
do Servidor
Driver do
Disco
Aplicações Servidoras
Cliente Servidor
BIOS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Peer-to-Peer
Hardware
SOL
SORS
SORC
Hardware
SOL
SORS
SORC
Hardware
SOL
SORS
SORC
Aplicação AplicaçãoAplicação
78
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Cliente-Servidor
Servidor Dedicado
Aplicação Aplicação
Hardware
SORCSOL
Hardware
SORCSOL
Hardware
SOL
SORC
SORS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aplicação Aplicação
Hardware
SORCSOL
Hardware
SORCSOL
Hardware
SOL
SORS
SORC
Aplicação
Arquitetura Cliente-Servidor
Servidor Não Dedicado
79
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistemas Operacionais de Redes
¾ MS-NET
¾ PC LAN
PROGRAM
¾ 3+
¾ Windows for
Workgroups
¾ LAN Manager
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte NetBIOS
Aplicações
SOR
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5
IEEE 802.2 Logical Link Control
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PC LAN PRO GRAM
Main Menu - Task Selection
1. Message tasks
2. Printer tasks
3. Disk or directory tasks
4. Print queue tasks
5. Network status tasks
6. Pauseand continue tasks
7. Save or cancel thenetwork setup
Choice 3
80
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A> net share c:\word public abracadabra r
A>
Exemplos de Comandos Net
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A> net use f: public abracadabra
A>
Exemplos de Comandos Net
81
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comandos Net
NET
NET CONTINUE
NET ERROR
NET FILE
NET FORWARD
NET LOG
NET NAME
NET PAUSE
NET PRINT
NET SEND
NET SEPARATOR
NET START
NET USE
NET SHARE
Comando
Ativa o programa menu
Reativa uma função que foi suspensa
Mostra um log com os erros que ocorreram na rede
Mostra o nome do usuário e os bloqueios correntes de um arquivo
Estabelece temporariamente um novo endereço para um usuário
Encerra ou inicia o “logging” de mensagens para um arquivo/disp.
Permite a criação de nomes adicionais para recepção de mensagens
Suspende temporariamente a execução de uma função
Imprime em uma impressora compartilhada
Envia mensagens para outros computadores
Insere um separador entre “jobs” em uma impressora compartilhada
Inicia a operação de um servidor da rede
Conecta um computador a um recurso compartilhado
Torna os recursos da rede disponíveis para os usuários
Descrição
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PC LAN PROGRAM
¾ Arquivo “.bat” com comandos net
¾ Senhas associadas aos recursos compartilhados
¾ Servidores não dedicados
82
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Como proteger as senhas e associar os
recursos a um usuário específico ?
¾ Arquivo com comandos net só executável
armazenado em um diretório alocado ao usuário
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modelo de Segurança Share-Level
¾ Cada recurso compartilhado possui uma ou mais
senhas de acesso.
¾ O dono do recurso é responsável por administrar suas
senhas.
¾ Qualquer pessoa que conheça a senha possui acesso
ao recurso.
¾ Exemplo: PC LAN Program, Windows for
Workgroups, Windows 95, Windows98 , e
Windows2000.
83
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modelo de Segurança User-Level
¾ Cada usuário possui uma senha pessoal que autoriza seu acesso
ao sistema
¾ Cada recurso possui uma lista de permissões de acesso
¾ Somente os usuários que pertencem à lista de permissões está
autorizado a acessar o recurso
¾ Cabe ao administrador do sistema gerenciar o cadastro de
usuários e as listas de permissões dos recursos compartilhados
¾ Exemplo: Netware 3.11, Windows NT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura de Sistemas Operacionais
de Rede
¾ Arquitetura Peer-to-Peer
• Modelo Não Hierárquico
• Toda estação possui funcionalidade de Cliente e Servidor
• Servidores não dedicados
• UNIX, Windows for Workgroups, Netware Lite, Lantastic, PC
LAN Program...
¾ Arquitetura Cliente-Servidor
• Modelo Hierárquico
• Servidores dedicados (ou não)
• Netware 3.X, Pathworks, Lan Manager, Vines, ...
84
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Módulo Cliente
DOS
OS/2
MAC
Win
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Características
¾ Máquinas já existentes que devem ser incorporadas
ao novo ambiente de rede
¾ Grande maioria formada por estações:
• Windows
¾ Normalmente exigem recursos limitados de
hardware:
• CPU
• Memória
• Disco
85
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços acessados através do Módulo
Cliente
¾ Acesso transparente aos recursos remotos e compartilhados:
• arquivos
• impressoras
• outros...
¾ Emulação de Terminal
¾ Correio Eletrônico
¾ Comunicação Interativa
¾ Transferência de Arquivos
¾ outros ...
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Diagrama Geral de uma Estação
Cliente
Sistema
Operacional
Nativo
Software
de Rede
Sistema Operacional da
Estação Cliente
Recursos
Reais
Recursos
VirtuaisAplicações do Usuário
Hardware
86
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Requisitos do Software de Rede
¾ Baixa utilização dos recursos de hardware da estação cliente
¾ Acesso aos recursos remotos, através de um software
Redirecionador
¾ Facilidade de utilização
¾ Alta confiabilidade
¾ Segurança de acesso e utilização
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redirecionador
¾Parte fundamental do Software de Rede.
¾Ofereçe serviços de acesso aos recursos remotos.
¾Permite que aplicações sejam desenvolvidas sem nenhuma
preocupação adicional com a localização física de arquivos ou
impressoras.
¾ Intercepta os pedidos de serviço solicitados pelas aplicações ao
sistema operacional nativo, redirecionando-os para o software de
rede, no caso de acesso a recursos remotos
87
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redirecionador
Softwares Aplicativos
(DBMS, Editores, ...)
Redirecionador
Sistema
Operacional
do Cliente
(DOS,...)
Protocolos de
Transporte
( NetBIOS,
SPX/IPX,... )
Driver da
Placa
Interrupção 21h
Protocolos de
Transporte
( NetBIOS,
SPX/IPX,... )
Driver da
Placa
Sistema Operacional
do Servidor
Driver do
Disco
Aplicações Servidoras
Cliente Servidor
BIOS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Módulos Servidores
Netware
WinNT
VAX
OS/2
88
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Máquinas caras
I Hardware específico para cada tipo de serviço
oferecido (Ex.: Servidores de Impressão)
I Em alguns casos exige grande poder de processamento
(Ex.: Servidores SQL)
I Devem ser bastante confiáveis, pois representam ponto
central de falhas
Características
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Arquivos
¾ Oferecem serviços de armazenamento e recuperação de arquivos
¾ Controle de acesso simultâneo aos arquivos compartilhados
¾ Controle de Backups
¾ Segurança de acesso
¾ Técnicas de tolerância a falhas
89
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Subsistemas Funcionais dos Servidores
de Arquivos
¾ Subsistema de Gerência de Arquivos
• Controlam todo acesso físico aos meios de armazenamento
• Alguns servidores implementam o seu próprio Subsistema de Gerência de
Arquivos a fim de obter melhor eficiência e mais segurança
• Alguns servidores utilizam os serviços do sistema operacional nativo
¾ Subsistema de Cache de Disco
• Aumentam a eficiência do servidor acessando o disco em blocos grandes
de dados, mantendo-os em memória RAM, tentando assim diminuir o
número de acessos físicos às unidades de armazenamento
¾ Subsistema de Acesso Compartilhado e Segurança
• Controlam o acesso simultâneo aos arquivos
• Permitem o compartilhamento e a utilização concorrente dos arquivos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Segurança de Acesso
¾ Parte fundamental do Servidor de Arquivos
¾ Controle de acesso:
• ao sistema a partir das estações clientes
• direto da estação servidora
• aos recursos compartilhados
• aos recursos não compartilhados
¾ Acesso restrito a horas específicas
¾ Acesso restrito a partir de estações clientes específicas
¾ Modelos de segurança:
• SHARE-LEVEL
• USER-LEVEL
90
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Técnicas para melhorar a eficiência do
Servidor de Arquivos
¾ Cache de Disco
¾ Cache de Diretório
¾ Elevator Seeking
¾ Directory Hashing
¾ Turbo FAT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Elevator Seeking
¾ A cabeça leitora varre toda a superfície do disco em
uma mesma direção atendendo os pedidos nesta
ordem, quando chega ao final do disco inverte a
direção e recomeça o processo
¾ Todo acesso ao disco é realizado na melhor sequência
possível, evitando tempos desnecessários de
reposicionamento da cabeça leitora
¾ O acesso é feito respeitando não a ordem de chegada
dos pedidos, mas sim a posição atual da cabeça
leitora
91
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Directory Hashing - Turbo FAT
¾ Indexação da árvore de diretórios permitindo uma
localização mais eficiente dos diretórios e seus
componentes
¾ Tabela de Alocação de Arquivos (FAT) modificada,
permitindo localização eficiente dos blocos de disco
que compõem um arquivo
¾ Muito importante para o servidor de arquivos, pois
uma varredura sequencial na tabela de alocação é
muito demorada
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Técnicas de Tolerância a Falhas
¾ HotFix - Revetoração Automática de Blocos
Defeituosos
¾ Disk Mirroring - Espelhamento de Disco
¾ Disk Duplexing - Duplicação de Disco
92
PUC-Rio / DI
TeleMídia
HotFix
Bloco ruim
no disco
I Detecção e isolamento de blocos defeituosos na
mídia de armazenamento
I Detecção de erros atrav és de leitura após escrita
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Disk Mirroring
Servidor de Arquivo Unidade de Disco A
Unidade de Disco B
Controladora
de Disco
I Utilização de duas unidades de disco de maneira
redundante, ou seja, toda grav ação em uma é
espelhada na outra
I Em caso de problemas com alguma unidade de
disco, a outra é utilizada sem interrupção dos
serv iços
93
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Disk Duplexing
Serv idor de Arquivo
Unidade de Disco A
Controladora
de Disco A
Unidade de Disco B
Controladora
de Disco B
I Identico à técnica de Disk Mirroring, porém cada
unidade de disco possui sua própria controladora,
aumentando o nív el de tolerância a falhas
I Aumenta a eficiência do servidor de arquiv os, pois
as duas unidades de disco são operadas em paralelo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Impressão
¾ Ofereçem serviços de compartilhamento de impressoras
e impressão remota
¾ Controle da fila de impressão associada à impressora,
permitindo:
• ver a fila de impressão
• cancelar impressão
• manipular a ordem de impressão
94
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Impressão
¾ Normalmente servidores não dedicados
¾ Quando gerenciam várias impressoras com alta carga de
utilização, torna-se necessário
uma máquina dedicada para esta
função
¾ Spool de Impressão
• Área de armazenamento temporário dos arquivos a serem impressos
• Normalmente localizado em um servidor de arquivos
¾ Servidores de Impressão permitem o posicionamento estrat égico
das impressoras em locais de fácil acesso
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Banco de Dados
¾ Oferecem serviços de banco de dados
¾ SQL
¾ Controle de Transações
¾ Segurança
¾ Controle de Integridade
SQL
95
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Evolução dos Sistemas Gerenciadores
de Banco de Dados (SGBD)
¾ SGBD Tradicionais
¾ SGBD Tradicionais utilizando um Servidor de
Arquivos
¾ SGBD Cliente-Servidores
¾ SGBD Distribuídos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SGBD Tradicionais
Pedido Resposta
Base de Dados
Aplicação
SGBD
Acesso
Físico
96
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SGBD Tradicionais utilizando um
Servidor de Arquivos
Todo Processamento da pesquisa é executado
localmente pelo SGBD
Pedido Resposta
Aplicação
SGBD
Servidor
de Arquivos
Pedido de Arquivos
Cliente
Acesso
Físico
Servidor
de
Arquivos
Resposta
Base de Dados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SGBD Cliente-Servidor
Pedido Resposta
Aplicação
Cliente
SGBD
Servidor de
Banco de Dados
Todo Processamento da pesquisa é executado Todo Processamento da pesquisa é executado
remotamente pelo Servidor de Banco de Dados
Consulta SQL
Cliente
Acesso
Físico
Servidor
SGBD
Resposta SQL
Base de Dados
97
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SGBD Distribuídos
Cliente
Servidor de
Banco de Dados
Pedido
Resposta
Aplicação
Cliente
SGBD
Acesso
Físico
Servidor
SGBD
Base de Dados
Servidor
SGBD
Servidor
SGBD
Todo processamento da pesquisa
é executado de maneira
distribuída através de diversos
Servidores de Banco de Dados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Servidores de Comunicação
¾ Controlam o acesso a enlaces de comunicação, oferecendo
serviços de comunicação remota
• Linhas Telefônicas Dedicadas ou Discadas
• Redes Públicas de Pacotes (X.25)
¾ Gateways de comunicação com mainframes
X.25
98
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Implementações Comerciais
de Sistemas Operacionais
de Rede
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Netware
99
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Desenvolvido pela Novell
I Baseado nos protocolos da Xerox : XNS
I Protocolos de transporte do Netware
Driver
SPX/IPX
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
SPX/IPX
SPX/IPX
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pilha de Protocolos Netware
Open Data-Link Interface
RIP
NCP
Netware
Applications
SPX
NetBIOS
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5 FDDIARCNet
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
NLSP
NetBIOS
Applications
SAP
IPX
100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Windows 95, 98, 2000
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos e Aplicações
Aplicações
Driver da Placa de Interface de Rede
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte NetBIOS TCP/IP
101
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Windows 95
¾ Desenvolvido pela Microsoft
¾ Arquitetura Peer-to-Peer
¾ Solução para integração de pequenos grupos de
trabalho (Workgroups)
¾ Conceito de Grupo de Trabalho
• pessoas inter-relacionadas
• computadores pessoais
• compartilhamento usual de recursos
• troca frequente de mensagens
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pilha de Protocolos Windows For
Workgroups
NetBEUI
NetBIOS Extend
User Interface
Server Message Block
(SMB) Aplicações
TCP/IP
WinSock
TCP/IP
Logical Link Control (LLC 802.2)
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5 X.25FDDI
DQ DB
IEEE 802.6
Network Device Interface Specification (NDIS)
Modelo OSI
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Enlace
102
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Windows NT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Windows NT
¾ Sistema operacional de rede da Microsoft
¾Recursos de rede integrados ao sistema
¾Clientes:
• Windows NT Workstations;
• Windows 95; 98, 2000
• MSDOS;
• Lan Manager server ou client;
• Netware;
• Macintosh.
¾ Integração Windows, Netware e Lan Manager
¾Arquitetura cliente-servidor permitindo
compartilhamento peer-to-peer
103
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Windows NT
¾ Modelo de segurança user level
¾ Rede organizada em domínios:
“agrupamento lógico de servidores e clientes que compartilham informações comuns
de segurança e contas de usuário”
¾ vantagens:
• login único por usuário;
• administração centralizada;
• acesso universal a recursos;
• organização de usuários em grupos de trabalho.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controladores de Domínio
¾ Servidores que compartilham informações do domínio
são controladores de domínio:
• Primary Domain Controller (PDC);
• Backup Domain Controller (BDC).
¾ um domínio tem apenas 1 PDC e pelo menos 1 BDC que
armazenam o banco de dados de diretório com nomes,
senhas e direitos dos usuários e grupos
104
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NetBT
Arquitetura TCP/IP
Network Card Driver(s)
ICMP IGMP
ARP
IP
TCP UDP
Windows Sockets NetBIOS Support
Network Media
TDI Interface
NDIS Interface
User Mode
Kernel Mode
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Outros
105
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Desenvolvido pela Digital
I DNA - Digital Network Architecture
I Protocolos de transporte do Pathworks
Driver
DECnet
Interface : IOCB
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
DECnet
DECnet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PathWorks
¾ Sistema operacional de rede desenvolvido pela Digital
¾ Servidores
• Intel OS/2
• RISC UNIX
• VAX VMS
¾ Clientes
• Microsoft Windows
• DOS
• OS/2
• Macintosh
106
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pilha de Protocolos PathWorks
Data Link Layer (DLL)
LAT
Local
Area
Transport
(Terminal
Protocol)
LAST
CTERM
WAN
(Terminal
Protocol)
LAD
Local
Area Disk
DECnet Phase IV Routing Module
Serviços de
Disco
DECnet
NetBIOS
DECnet
IOCB
SETHOST
Emulador de TerminalN
F
T
Aplicações
NetBIOS
DECnet Phase IV NSP Transport
F
A
L
M
A
I
L
ETHERNET
IEEE 802.3
TOKEN RING
IEEE 802.5 X.25FDDI
DQ DB
IEEE 802.6
Network Device Interface Specification (NDIS)
Modelo OSI
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Enlace
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Desenvolvido pela Apple
Driver
AppleTalk
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
AppleTalk
AppleTalk
107
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Desenvolvido pelo Departamento de Defesa
Americano (DoD)
I Amplamente difundido
I Protocolos de transporte do UNIX
Driver
TCP/IP
Interface : Sockets,
TLI,...
Modelo OSI
Enlace
Rede
Físico
Sessão
Aplicação
Apresentação
Transporte
Aplicacões
TCP/IP
S.O. Baseados em TCP/IP
PUC-Rio / DI
TeleMídia
X.25FDDI
Internetwork Protocol (IP)Internetwork
Protocol (IP)
Transmission Control Transmission Control
Protocol (TCP)Protocol (TCP)
User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol
(UDP)(UDP)
ICMPICMP
F
T
P
SS
NN
MM
PP
T
E
L
N
E
T
S
M
T
P
NN
FF
SS
ETHERNET TOKEN RING DQ DB
..
..
..
.
.
.
IEEE 802.2 Logical Link ControlIEEE 802.2 Logical Link Control
Driver UNIXDriver UNIX
Modelo OSI
EnlaceEnlace
RedeRede
FísicoFísico
SessãoSessão
AplicaçãoAplicação
ApresentaçãoApresentação
TransporteTransporte
H
T
T
P
..
..
..
P
I
N
G
Pilhas de Protocolos UNIX
108
PUC-Rio / DI
TeleMídia
NFS
¾ Desenvolvido pela Sun Microsystems, permite que um sistema
tenha acesso a arquivos localizados remotamente de um modo
integrado e transparente.
¾ O NFS fornece a ilusão que os discos, impressoras, ou outros
dispositivos, fisicamente localizados em um sistema remoto,
estão diretamente conectados ao sistema local.
¾ O NFS, ao contrário das outras aplicações Internet, não é
implementado por um único utilitário, sendo dividido em três
componentes:
• o protocolo NFS propriamente dito, uma ferramenta genérica que controla
a execução de chamadas a procedimentos remotos (Remote Procedure Call
RPC), e uma terceira ferramenta que compatibiliza formatos diferentes de
representação de dados denominada XDR (External Data Representation).
A divisão foi realizada para permitir que o RPC e o XDR pudessem ser
utilizados em outras aplicações.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RPC
¾ No módulo cliente, o programador declara alguns dos procedimentos
como sendo remotos, forçando o compilador a incorporar à chamada
de procedimento, o código que repassa os argumentos da chamada ao
cliente RPC.
¾ No módulo servidor, são implementados os procedimentos a serem
compartilhados, que são declarados como procedimentos servidores.
¾ Quando o programa cliente faz uma chamada a um procedimento
remoto, os argumentos da chamada são entregues ao cliente RPC,
que compõe uma mensagem e a envia ao servidor, passando então a
aguardar o retorno do resultado.
¾ O servidor RPC, ao receber uma mensagem invocando a execução de
um procedimento, dispara sua execução e, ao seu término, envia os
resultados obtidos de volta para o cliente RPC.
¾ O cliente RPC, ao receber de volta a mensagem com o resultado da
execução do procedimento remoto, entrega esses resultados ao
processo de aplicação, colocando-os nos respectivos argumentos da
chamada de procedimento.
109
PUC-Rio / DI
TeleMídia
XDR
¾ Quando deseja transmitir dados, um programa de
aplicação chama os procedimentos XDR que
convertem a representação local para a representação
de transferência e, em seguida, transmite os dados
convertidos.
¾ O processo que recebe os dados chama os
procedimentos XDR, que convertem a representação
de transferência para a representação local específica.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Aplicação TCP/IP
110
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Exemplos de Aplicações Internet TCP/IP
X.25FDDI
Internetwork Protocol (IP)Internetwork Protocol (IP)
Transmission Contro l Transmission Contro l
Protoco l (TCP)Protoco l (TCP)
User Datagram Protoco lUser Datagram Protoco l
(UDP)(UDP)
ICMPICMP
F
T
P
SS
NN
MM
PP
T
E
L
N
E
T
S
M
T
P
NN
FF
SS
ETH ERNET TOKEN RING DQ DB
..
..
..
.
.
.
IEEE 802.2 Logical Link ControlIEEE 802.2 Logical Link Control
Driver UNIXDriver UNIX
Modelo OSI
EnlaceEnlace
RedeRede
FísicoFísico
SessãoSessão
AplicaçãoAplicação
ApresentaçãoApresentação
TransporteTransporte
H
T
T
P
..
..
..
PUC-Rio / DI
TeleMídia
DNS
¾ O DNS é um esquema de gerenciamento de nomes,
hierárquico e distribuído.
¾ O DNS define:
• a sintaxe dos nomes usados na Internet
• regras para delegação de autoridade na definição de nomes
• umbanco de dados distribuído que associa nomes a atributos (entre
eles o endereço IP)
• um algoritmo distribuído para mapear nomes emendereços.
111
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Resolução DNS
Copacabana.Inf.Puc-Rio.Br
¾ Inicialmente deve ser consultado um servidor central, denominado
servidor raiz, para descobrir onde está o servidor Br.
¾ O servidor Br é o responsável pela gerência dos nomes das
instituições brasileiras ligadas à Internet. O servidor raiz informa
como resultado da consulta o endereço IP de vários servidores de
nome para o nível Br (pode existir mais de um servidor de nomes
em cada nível, para garantir a continuidade da operação quando
um deles pára de funcionar).
¾ Um servidor do nível Br pode então ser consultado, devolvendo o
endereço IP do servidor Puc-Rio.
¾ De posse do endereço de um servidor Puc-Rio é possível solicitar
que ele informe o endereço de um servidor Inf, quando,
finalmente, pode-se consultar o servidor Inf sobre o endereço da
máquina Copacabana.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
DNS
¾ O DNS não se limita a manter e gerenciar endereços
Internet.
¾ Cada nome de domínio é um nó em um banco de
dados, que pode conter informações definindo várias
propriedades.
• Por exemplo, o tipo da máquina e a lista de serviços fornecidos por
ela.
• O DNS permite que seja definido umalias (nome alternativo) para
o nó.
• Também é possível utilizar o DNS para armazenar informações
sobre usuários, listas de distribuição ou outros objetos.
112
PUC-Rio / DI
TeleMídia
FTP
¾ O FTP permite que um usuário em um computador
transfira, renomeie ou remova arquivos remotos; ou
crie, remova e modifique diretórios remotos.
¾ O FTP só permite a transferência de arquivos
completos.
¾ Antes de executar qualquer operação o usuário
solicitante (cliente) envia seu nome (login name) e
sua senha para o servidor, que impede a execução de
qualquer operação, caso o usuário não tenha sido
registrado.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
FTP
¾ A conexão de controle permanece aberta enquanto durar a
sessão FTP. Durante uma sessão podem ser transferidos vários
arquivos, cada um deles em uma conexão de transferência de
dados estabelecida especificamente para tal.
conexão de
controle do
cliente
Processo
de
Controle
Proceso
de
Transferência
de Dados
Cliente FTP
conexão de
dados do
cliente
conexão de
controle do
servidor
conexão de
dados do
servidor
Inter-rede
T CP-IP
Servidor FTP
Processo
de
Controle
Sistema Operacional
Proceso
de
Transferência
de Dados
Sistema Operacional
113
PUC-Rio / DI
TeleMídia
HTTP
¾ O HTTP (Hypertext Transfer Protocol) é um
protocolo usado para transferência de informações no
WWW.
¾ Os dados transferidos pelo HTTP podem ser texto
não estruturado, hipertextos, imagens, ou qualquer
outro tipo de dados.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Telnet
¾ Permite que um usuário utilizando uma máquina A
estabeleça uma sessão interativa com uma máquina (B)
na rede.
Sistema Operaci onal
Clie nte TEL NET
cliente envia teclas
e recebe atualizações
no vídeo do servidor
cliente captura
teclas e envia
atualizações no vídeo
Sistema Operacional
Servid or TEL NET
Inte r-red e
TCP-IP
teclas
pressionadas atuallizações
no vídeo
servidor recebe
teclas do cliente
servidor envia
atuali zações no
vídeo para o c liente
114
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SMTP
Usuário envia
correspondência
Usuário recebe
correspondência
Cliente
(transferência
em background)
Servidor (recebe as
correspondências)
Interface
com
Usuário
Spool
para
correspondências
enviadas
Caixas postais para
correspondências
recebidas
Conexão TCP
para envio de
correspondência
Conexão TCP
para recebimento
de correspondência
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SMTP
¾ Se a mensagem, por algum motivo, não for
transmitida com sucesso, o cliente anota o horário da
tentativa e suspende sua execução.
¾ Periodicamente, o cliente acorda e verifica se existem
mensagens a serem enviadas na sua área de spool e
tenta transmiti-las.
¾ Se uma mensagem não for enviada por um período,
por exemplo de dois dias, o serviço de correio
eletrônico devolve a mensagem ao remetente,
informando que não conseguiu transmiti-la.
115
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SNMP
¾ O sistema de gerenciamento de redes da arquitetura Internet
TCP/IP opera na camada de aplicação e baseia-se no protocolo
SNMP (Simple Network Management Protocol).
¾ Como no esquema de gerenciamento OSI, os processos que
implementam as funções de gerenciamento Internet atuam como
agentes ou gerentes.
• Os agentes coletam junto aos objetos gerenciados as informações
relevantes para o gerenciamento da rede.
• O gerente processa as informações recolhidas pelos clientes, com o
objetivo de detectar a presença de falhas no funcionamento dos
componentes da rede (hosts, gateways, processos executando os protocolos
de comunicação etc.), para que possam ser tomadas providências no
sentido de contornar os problemas que ocorrem como conseqüência das
falhas.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
SNMP
Software
Gerente
Software
Agente MIB
Entidade
Gerenciada
get, set
response, trap
Inf ormações de
gerenciamento
116
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Qual a diferença de um redirecionador no nível de BIOS de um no nível de
sistema operacional?
¾ Qual a diferença entre paradigma cliente-servidor e arquitetura cliente-servidor,
com relação a sistemas operacionais de rede?
¾ Qual a diferença, em termos de funções de um módulo cliente para um módulo
servidor de um sistema operacional de rede?
¾ Descreva as diferenças de uma arquitetura peer-to-peer, servidor dedicado e
servidor não dedicado? Por que todas usam o paradigma cliente-servidor?
¾ O que vem a ser modelo de segurança “share level” e “user level”?
¾ Como poder-se-ia emular um modelo “user level” a partir de um “share level”?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Comente algumas técnicas para se melhorar a eficiência de servidores de
arquivos.
¾ Comente alguma técnicas de tolerância a falhas usadas em servidores de arquivo.
¾ Comente sobre a evolução dos servidores de banco de dados, desde a utilização
de servidores de arquivos até os servidores de banco de dados distribuídos.
Discuta mencionando o impacto das técnicas na eficiência do sistema.
¾ O que é o DNS? Como é realizada a resolução de DNS na Internet?
¾ Como é realizado o protocolo FTP? Quais os tipos de conexões usadase para que
servem? Como é possível a transferência simultânea de vários arquivos?
¾ Explique o funcionamento do protocolo SMTP.
¾ Explique o funcionamento do protocolo SNMP.
__MACOSX/Slides/Arquivos Originais/._03.grupo.pdf
Slides/P1/.DS_Store
__MACOSX/Slides/P1/._.DS_Store
Slides/P1/1.Intro.pdf
1
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Comunicação de
Dados
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
A Evolução da Informática nas
Empresas
2
2
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento Batch
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ENIAC -1946 (Universidade da Pensilvânia)
3
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento Batch
4
4
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Processamento On-Line
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Surgem os Microcomputadores
5
5
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Computadores Pessoais
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Surgem os Microcomputadores
6
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Sala de
Reuniões
Departamento Comercial
Redes Locais de Computadores
7
7
Centro de
Processamento
de Dados
Departamento Pessoal Departamento Financeiro
Diretoria
Departamento Comercial
Sala de Distribuição
Sala de
Reuniões
Integração Total
8
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
9
9
� Tecnologia Digital
– Multimídia
• Processamnto
integrado de áudio,
vídeo, dados, etc.
– Novas tecnologias de
transmissão
• fibra ótica
• altas velocidades
• digitalização das
redes públicas
• redes integradas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
10
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aplicações
Topologia Meios e Métodosde Transmissão Protocolos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bibliografia
� Redes de Computadores
Das MANs, LANs e WANs às redes ATM
Soares, L.F.G; Souza, G.L.; Colcher, S.
Editora Campus
1995
� Computer Networks
Tanenbaum, A.
Prentice Hall
� Internetworking with TCP/IP, Vol 1
Comer, D.E.
Prentice Hall
� SLIDES: http://www2.telemidia.puc-rio.br/inf/labredes/
11
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
� Provas
P3 = 25/06
P4 = 02/07
Calendário
__MACOSX/Slides/P1/._1.Intro.pdf
Slides/P1/2.Conceitos.pdf
1
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Comunicação de
Dados
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
Sistema de
Comunicação
2
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Qual a melhor forma de interligar os
computadores considerando que eles
estão a dezenas de quilômetros uns dos
outros?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Totalmente Ligados
3
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Ligação
ou
Simplex
Half-duplex
Full-duplex
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Situação dos anos 1970 a meados dos
anos 1990
4
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Completamente Ligadas
¾ Numa rede com N estações, por exemplo,
seriam necessárias N(N-1)/2 ligações ponto a
ponto para que se pudesse conectar todos os
pares de estações através de linhas dedicadas.
¾ Dessa forma, o custo do sistema cresce com o
quadrado do número de estações, tornando tal
topologia economicamente inviável para redes
grandes e com estações dispersas.
5
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Anel
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
Baixas Velocidades Altas
Taxas de Erro
6
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Parcialmente Ligados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PBX
Central
PBX
Rede Telefônica
7
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
PBX
PBX
Rede Telefônica
Central
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
I Estabelecimento da
Conexão
(Roteamento)
I Transferência de
Informação
I Desconexão
Fases
Um caminho permanece dedicado entre origem
e destino durante todo o tempo de conexão
A
B
C
D
E
8
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
Mensagem
T
1 2 3 4
Estabelecimento da Conexão
Término da Conexão
Tempo de Propagação
Transmissão da Mensagem
Tempo de
Transmissão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
Características
¾ Necessidade de estabelecimento de conexão
(roteamento no momento da conexão)
¾ Canal dedicado
¾ Endereçamento necessário apenas na conexão
¾ Retardo de transferência dos dados constante
9
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Mensagens
I É necessário um cabeçalho
em cada mensagem para
identificação de endereço
de origem e destino
AC
EB
A
B
C
D
E
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Roteamento
I Armazenamento
A
B
C
D
E
AC
EB
Comutação de Mensagens
10
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
1 2 3 4
T
Mensagem
Cabeçalho
Mensagem
Mensagem
Comutação de Mensagens
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Mensagens
Características
¾ Não existe fase de estabelecimento de chamada nem
de desconexão
¾ Store-and-Forward
¾ Cada mensagem possui cabeçalho com informações
necessárias ao seu encaminhamento
¾ Pode introduzir grandes atrasos nas mensagens
11
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
2EB 1EB
1 AC2AC3AC
I É necessário um cabeçalho em
cada pacote para identificação de
endereço de origem e destino
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
I Cada pacote pode ser
roteado de forma
independente
1 AC
3AC
1EB
2AC
2EB
12
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A
B
C
D
E
Comutação de Pacotes
I Cada pacote pode ser
roteado de forma
independente
1 AC 3AC
2EB
2AC
1EB
I É necessário armazenar
temporariamente os
pacotes em nós
intermediários
I Os pacotes podem
chegar fora de
sequência no destino
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Transmissão dos Pacotes
1 2 3 4
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Cabeçalho
Dados
13
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Características
¾ Não há necessidade de estabelecimento de conexão
¾ Canal compartilhado
¾ Endereçamento necessário em todos os pacotes
¾ Retardo de transferência dos dados é uma variável
aleatória
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Pacote
InformaçãoOrigemDestino
14
14
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
15
15
PUC-Rio / DI
TeleMídia
DCEs Fronteira da sub-rede
de Comunicação
DSEs
Rede Geograficamente Distribuída
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
¾ De 1950 a 1970 vários estudos foram conduzidos
sobre redes geograficamente distribuídas de
computadores.
¾ O mais significativo em termos de impacto foi,
provavelmente, a ARPANET, colocada em
funcionamento em setembro de 1969.
¾ Inicialmente, a ARPANET se utilizava de linhas
diretas, ponto a ponto, convencionais entre
equipamentos internos da rede (chamados
roteadores).
16
16
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
Host
Roteador
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Geograficamente Distribuída
Inter-rede
Host
Roteador
Rede
17
17
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Geograficamente Distribuídas
(Distâncias Maiores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Elevado
Circuitos para satélites
Enlaces de microondas
Cabos de longa distância
Baixas Velocidades Altas
Taxas de Erro
REDES PÚBLICAS
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Localmente Distribuídas
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
Custo de Comunicação Baixo
Altas Velocidades Baixas
Taxas de Erro
18
18
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
19
19
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Rede Local
(Distâncias Menores que Dezenas de Quilômetros)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sistema de Comunicação
¾ Redes Geograficamente Distribuídas
(WANs - Wide Area Networks)
¾ Redes Locais
(LANs - Local Area Networks)
¾ Redes Metropolitanas
(MANs - Metropolitan Area Networks)
20
20
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Qual a diferença de objetivos na construção de uma máquina de arquitetura
distribuída e de uma rede de computadores?
¾ Por que a topologia parcialmente ligada é a única viável em redes com meios de
transmissão caros, de baixa velocidade e alta taxa de erro?
¾ Por que a comutação de circuitos é ineficiente na transmissão de dados textuais?
Como a comutação de pacotes resolve o problema?
¾ Por que em uma rede comutada por pacotes, pacotes podem chegar fora de ordem?
¾ Dê as características das redes comutadas por circuito, comutadas por mensagem e
comutadas por pacotes.
¾ Por que e quando é necessário o endereçamento em redes comutadas por circuito,
comutadas por mensagem e comutadas por pacotes?
¾ Por que as redes foram construídas com dois tipos distintos de nós, no jargão
Internet hosts (hospedeiros) e routers (roteadores)?
¾ Como surgiu o conceito de inter redes, e com ele a rede Internet?
¾ O que viabilizou as topologias utilizadas em redes locais? Por que essas redes foram
chamadas de locais?
__MACOSX/Slides/P1/._2.Conceitos.pdf
Slides/P1/3.ModeloOSI.pdf
25
25
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura OSI
¾ Open System Interconection
¾ ISO
¾ Sete camadas funcionais
PUC-Rio / DI
TeleMídia
(N)-service
entity
(N)-service
entity
(N-1)-service provider
(N)-service protocol
specification
(N-1)-service access point
Fornecedores e Usuários de Serviço
26
26
PUC-Rio / DI
TeleMídia
(N)-service
user
(N-1)-service
entity
(N-1)-service
entity
(N-2)-service provider
(N)-service
user
(N-1)-service provider
(N-1)-service protocol
specification
(N-1)-service access point
(N-2)-service access point
Fornecedores e Usuários de Serviço
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Terminologia RM-OSI
¾ Um serviço representa um conjunto de funções oferecidas a um
usuário por um provedor (fornecedor). O serviço oferecido por
um provedor é acessado por um usuário através de um ponto de
acesso ao serviço (Service Access Point SAP).
Usuário do
serviço (N)
Usuário do
serv iço (N)
pontos de acesso ao serv iço (N)
pontos de acesso ao serviço (N-1)
Fornecedor do serv iço (N)
p rotocolo d o serviço (N) Entidade do
serviço (N)
E nt idade do
serv iço (N)
Fornecedor do serv iço (N-1)
pr otocolo do serviço (N-1 )
Enti dade do
serviço (N-1)
Ent idade do
serv iço (N-1)
Camada
(N)
Camada
(N-1)
27
27
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço
¾ Um protocolo pode oferecer serviços de dois tipos:
• Serviços orientados a conexão
• Serviços sem conexão
¾ Como visto anteriormente, na comutação de pacotes
o estabelecimento de conexão antes da troca de dados
não é obrigatória e sim opcional.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços Orientados a Conexão
O serviço é dividido em três fases de operação:
¾ Estabelecimento da conexão: nessa fase, os usuários e
o fornecedor do serviço negociam parâmetros e
opções que irão determinar o modo como o serviço
será utilizado.
¾ Transferência de dados: nessa fase, os usuários do
serviço trocam dados.
¾ Liberação da conexão: nessa fase, a ligação entre os
usuários é desfeita.
28
28
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviços Não Orientados a Conexão
¾ Unidade de dados são transmitidas do SAP de origem
para um ou mais SAPs de destino, sem que para isso
seja estabelecida uma conexão entre eles.
¾ Toda a informação necessária para transmitir a
unidade de dados (endereço, parâmetros de qualidade
do serviço etc.) é passada para a camada que vai
fornecer o serviço, junto com os dados a serem
transmitidos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perfis Funcionais
¾ Deve ser ressaltado que o RM-OSI, por si só, não define a
arquitetura de uma rede. Isso acontece porque ele não especi fica
com exatidão os serviços e protocolos de cada camada. Ele
simplesmente “ diz o que cada camada deve fazer”.
¾ O fato de dois sistemas distintos seguirem o RM-OSI não
garante que eles possam trocar informações entre si, pois o
modelo permite que sejam usadas diferentes opções de
serviços/protocolos para as várias camadas.
¾ Para que dois sistemas quaisquer possam trocar informações é
necessário que escolham opções compatíveis de
serviço/protocolo para todas as camadas do modelo.
¾ Com o objetivo de definir grupos de opções de
serviços/protocolos padronizados, a ISO elaborou o conceito de
perfis funcionais. Se dois sistemas seguirem o mesmo perfil
funcional eles garantidamente irão comunicar-se, pois nesse
caso as opções de serviço/protocolo adotadas serão compatíveis.
29
29
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RM-OSI
¾ O RM-OSI propõe uma estrutura com sete níveis
como referência para a arquitetura dos protocolos de
redes de computadores.
Nível 7
Nível 6
Nível 5
Nível 4
Nível 3
Nível 2
Nível 1
Nível 7
Nível 6
Nível 5
Nível 4
Nível 3
Nível 2
Nível 1
Sistema Aberto
A
Protocolo do Nível 7
Protocolo do Nível 6
Protocolo do Nível 5
Protocolo do Nível 4
Protocolo do Nível 3
Protocolo do Nível 2
Protocolo do Nível 1
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Interface 4/5
Interface 5/6
Interface 6/7
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Interface 4/5
Interface 5/6
Interface 6/7
Sistema Aberto
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modelo OSI
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sessão
Apresentação
Usuário
30
30
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE R
Rede
Enlace
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS41 AB
2 AB3 AB
OSI
ES
ES
A
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE RTransporte
Rede
Enlace
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES A
ES B
31
31
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Transporte
¾ O nível de rede não garante necessariamente que um
pacote chegue a seu destino, e pacotes podem ser
perdidos ou mesmo chegar fora da seqüência original de
transmissão. Para fornecer uma comunicação fim a fim
verdadeiramente confiável é necessário um outro nível
de protocolo, que é justamente o nível de transporte.
Esse nível vai isolar dos níveis superiores a parte de
transmissão da rede.
¾ O objetivo principal da camada de transporte é, então,
tornar transparentes para seus usuários possíveis
variações da confiabilidade do serviço fornecido pela
camada de rede.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Transporte
¾ Na camada de transporte a comunicação é
verdadeiramente fim a fim, isto é, a entidade da
camada de transporte da máquina de origem se
comunica apenas com a entidade de transporte da
máquina de destino. Isto pode não acontecer nos
níveis físico, de enlace e de rede onde a comunicação
também se dá entre máquinas adjacentes
(intermediários na comunicação) na rede.
32
32
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Níveis 1 a 4 em uma Rede em Grafo
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Protocolo de Aplicação
Protocolo de Transporte
Protocolo de Rede
Protocolo de Enlace
Protocolo de Nível Físico
Sistemas
Retransmissores
Sistema Aberto
A
Sistema Aberto
B
PUC-Rio / DI
TeleMídia¾Circuito Virtual
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE RTransporte
Rede
Enlace
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
OSI
ES A
ES B
33
33
PUC-Rio / DI
TeleMídia
E
R
E R R ER
E
R
ERRE R
E
R
ERRE R
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
ER
E
R
R
E
R
F
F F
F
FF
F
FF
Físico
Físico
F
F
F
IS3
IS1
IS2
IS4
Sessão
Sessão
Apresentação
Apresentação
OSI
ES A
ES B
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Qual a diferença entre um hub e um switch?
¾ Dê duas formas de implementação de um switch, diga suas vantagens e desvantagens,
salientando em que condições são mais favoráveis seus usos.
¾ Faça uma análise da topologia em estrela com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ Por que uma anel tende logicamente a uma barra?
¾ Por que um concentrador único de uma rede em anel funciona como um hub?
¾ Faça uma análise da topologia em anel com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ O que é um hub em uma topologia em barra?
¾ Faça uma análise da topologia em barra com rela ção ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ Qual a diferença entre uma topologia física e uma lógica? Dê exemplos.
¾ Por que a A instalação física das redes tem sofrido uma forte tendência na direção da
utilização de hubs?
¾ Podemos dizer que a extensão de uma rede em estrela é uma rede em grafo? Como isto se dá?
¾ Por que é conveniente a divisão de uma grande rede em vária redes menores interligadas?
Qual o nome que se dá às estações responsáveis pela interligação dessas redes?
34
34
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ O que são serviços orientados a conexão e serviços sem conexão?
¾ Faz sentido um serviço orientado a conexão em uma rede comutada
por pacotes?
¾ Como pode haver uma serviço orientado a conexão em uma rede
onde os pacotes podem seguir caminhos diferentes na rede?
¾ Quais os serviços obrigatórios de cada camada do modelo ISO-
OSI?
¾ Se duas redes seguem o
modelo OSI elas obrigatoriamente são
interoperáveis? Por que? O que são perfis funcionais?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão de Dados no Modelo OSI
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
DadosDados
A Dados
DadosAA
DadosAAS
DadosAAST
DadosAASTR
EDadosAASTRE
EDadosAASTREF F
ADados
DadosAA
DadosAAS
DadosAAST
DadosAASTR
EDadosAASTRE
EDadosAASTREF F
Usuário
Transmissor
Usuário
Receptor
35
35
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RS-232C
RS-488
HDLC
SDLC
TCP
LU 6.2
ISO Session 8327
X-400
X-25 Nível 3
LAP B
X-21
V-28
X-25
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Sessão
Apresentação
Usuário
IP
ISO 8473
ISO Presentation 8823
{
ISO8073-TP4
ISO 8571 - FTAM
Implementações das Camadas OSI
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura Internet
Aplicação
T ransporte
Inte r-rede
Inte rface de
Rede
Host A Host B
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de
Rede
Inter-rede
mensagem
idêntica
pacote
idêntico
Gateway
datagrama
idêntico
quadro
idêntico
quadro
idêntico
datagrama
idêntico
In terfac e de
Re de
Interface de
R ede
Rede Física 1
Intra-rede Intra-rede
Rede Física 2
36
36
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquitetura OSI e Internet
Arquitetura Internet
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Interface de Rede
Intra-rede
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Arquitetura OSI
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Arquiteturas e Protocolos
__MACOSX/Slides/P1/._3.ModeloOSI.pdf
Slides/P1/4.NívelFísico.pdf
37
37
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível Físico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível Físico
¾ O nível físico fornece as caract erísticas mecânicas, elétricas,
funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões
físicas para a transmissão de bits entre entidades de nível de enlace
(ou ligação), possivelmente através de sistemas intermediários.
¾ O protocolo de nível físico dedica-se à transmissão de uma cadeia de
bits. Ao projetista desse protocolo cabe decidir como representar 0's e
1's, quantos microssegundos durará um bit (intervalo de sinalização),
se a transmissão será hal f-duplex ou full-duplex, como a conexão será
estabelecida e desfeita, quantos pinos terá o conector da rede e quais
seus significados, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos.
¾ A função do nível físico é permitir o envio de uma cadeia de bits pela
rede sem se preocupar com o seu significado ou com a forma como
esses bits são agrupados. Não é função desse nível tratar de
problemas tais como erros de transmissão.
38
38
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
¾ Ainda no século XIX, um famoso matemático francês
chamado Jean Fourier provou que qualquer sinal
periódico, expresso como uma função do tempo g(t),
com período T0, pode ser considerado como uma
soma (possivelmente infinita) de senos e cossenos de
diversas freqüências.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
ou
∑
∞
=
++=
1
0 )2cos(
2
)(
n
nn nftcctg θpi
( ) ( )∑∑
∞
=
∞
=
++=
11
0 2cos22
1)(
n
n
n
n nftbnftsenaatg pipi
39
39
PUC-Rio / DI
TeleMídia
RESUMINDO
¾ Todo e qualquer sinal pode ser decomposto através de
uma soma (finita ou infinita) de ondas cossenoidais.
¾ Representar um sinal no domínio do tempo é
representar o valor da amplitude do sinal para cada
instante do tempo
¾ Representar um sinal no domínio da frequência é
representar a amplitude de cada onda cossenoidal que
compõe o sinal, ou seja, representar o seu espectro de
frequência.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
¾ Denomina-se banda passante de um sinal o intervalo
de freqüências que compõem este sinal.
¾ A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua
banda passante (ou seja, a diferença entre a maior e a
menor freqüência que compõem o sinal).
40
40
PUC-Rio / DI
TeleMídia
¾ Banda de Frequências (Banda Passante)
• Intervalo de frequências que compõe o sinal
– Ex.: um sinal digital temuma banda de frequências
¾ Largura de Banda
• Diferença da maior para a menor frequência da banda do sinal
– Ex.: um sinal digital temlargura de banda infinita.
Banda Passante e Largura de Banda de
um Sinal
0 , +∞
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distorção de Frequência
¾ Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem
que hajam perdas de energia durante o processo.
¾ Perdas de energia signifi cam reduções na amplitude de sinais
componentes.
¾ Se todos os sinais componentes fossem igualmente reduzidos em
amplitude, o sinal resultante seria todo reduzido em amplitude,
mas não distorcido.
¾ Infelizmente, a característica dos meios de transmissão é a de
provocar perdas nos diversos sinais componentes em diferentes
proporções, provocando a distorção do sinal resultante
transmitido.
41
41
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante
TransmissorTransmissor ReceptorReceptor
Banda
Passante do
Receptor
Banda
Passante do
Transmissor
Banda
Passante do
Meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante do Meio Físico
¾ Chamaremos banda passante do meio físico àquela
faixa de freqüências que permanece praticamente
preservada pelo meio.
42
42
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Banda Passante Necessária
¾ No caso de transmissão de sinais digitais, torna-se
interessante definir a banda passante necessária como
a largura de banda mínima capaz de garantir que o
receptor ainda recupere a informação digital
originalmente transmitida.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
0. 3
0. 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0. 3
0. 6
H
a
r
m
ô
n
i
c
o
s
43
43
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Recuperação do Sinal Digital
Transmissão
T
Intervalos de sinalização
T
Instantes de amostragem
ReceptorReceptorTransmissorTransmissor
T
Sinal recuperado
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Relação entre Banda Passante e Taxa de
Transmissão
0 1 0
0 400 10 - MHz Mbps⇔
X
010
X
X
0 400 100 - MHz Mbps⇔
X
X
X
0
44
44
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modulação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Utilização da Banda Passante Meio de
Transmissão
0 40 400
“Desperdício”
Como melhorar a utilização do meio de transmissão ?
45
45
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Utilização da Banda Passante do Meio
de Transmissão
C0
0 40 400
C1 C2
80 160
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação na Frequência
46
46
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação por
Divisão da Frequência
F1
F2
F3
F4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MODEM
Filtro
Demodulador
R1R1
f 1
Filtro
Demodulador
R2R2
Filtro
Modulador
T2T2
f2
Filtro
Modulador
T1T1
MODEM
47
47
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação na Frequência
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação na Frequência
Comutador
Canal 3
Canal 12
48
48
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação no Tempo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação no Tempo
T
A1
Banda DesperdiçadaDados
B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
Primeiro Ciclo Segundo Ciclo
Para computador remoto
A
B
C
D
I Multiplexação Síncrona
(TDM)
(synchronous Time
Division Multiplexing)
B1: Canal Chav eado Ponto-a-Ponto
A1: Canal Dedicado Ponto-a-Ponto
49
49
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Mutiplexação
¾ No tempo (TDM):
• Síncrona (STDM):
– O tempo é dividido em ciclos de tamanho (bits) fixo, que se
repetemao longo do tempo.
– O ciclo é dividido em segmentos de tamanho fixo, de acordo
com sua posição
– O canal é formado por uma seqüência de segmentos:
– A alocação do canal pode ser estática ou dinâmica
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação Síncrona no Tempo
50
50
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação no STM
Quadro
125 µµµµ s
Quadro
125 µµµµ s
Comutador
STM
Canal 3
Canal 12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Circuitos
¾ Chaveamento por Divisão Espacial
• (Space Division Switching - SDS)
– Cada nó fecha um circuito físico entre entrada e saída
¾ Chaveamento por Divisão da Frequência
• (Frequency Division Switching - FDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequência de canais de frequência
¾ Chaveamento por Divisão do Tempo
• (Time Division Switching - TDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequencia de canais em linhas TDM síncronas
51
51
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação Assíncrona
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TDM Assíncrono
Para o Meio Físico
A
B
C
D
A1 B1 B2 C2
Capacidade Extra DisponívelCabeçalho
T
t1 t2
52
52
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comutação de Pacotes
Comutador
STM
53
53
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Meios de Transmissão
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
54
54
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
¾ Dois fios metálicos (em geral de cobre) enrolados em
espiral
• trançado: tende a manter constante as propriedades elétricas ao
longo do caminho de transmissão
• melhor desempenho que umpar emparalelo para distâncias grandes
¾ Propriedades dependem do diâmetro e da qualidade
dos fios utilizados
• taxas de transmissão podem chegar a alguns poucos megabits por
segundo, dependendo da distância entre os extremos
• bastante susceptível a ruídos (BLINDAGEM)
• menor custo por comprimento
• alta maleabilidade - facilidade de instalação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado
Unshielded Twisted Pair
55
55
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Par Trançado Blindado
Shielded Twisted Pair
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector RJ-45
56
56
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector Token-Ring
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial
57
57
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial
¾ Condutor cilíndrico interno circundado por tubo metálico
(separados por material dielétrico)
• condutor interno: em geral de cobre
• tubo metálico: blindagem eletrostática
• material dielétrico: ar seco ou plástico
¾ Popular em TV a cabo
¾ Suporta taxas de transmissão mais altas que o par trançado, para
uma mesma distância
• alcança, tipicamante, 10 Mbps em distancias da ordem de 1 Km
¾ Boa imunidade a ruído
¾ Custo por comprimento maior que o do par trançado
¾ Menor maleabilidade que o par trançado - mais difícil de
instalação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial Grosso
(Thick Coaxial Cable)
58
58
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Cabo Coaxial Fino
(Thin Coaxial Cable)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector BNC
59
59
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conector BNC T
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
60
60
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
¾ Filamento de sílica
¾ Atenuação não depende da frequência
• permite taxas altíssimas
– 16 Gbps (em laboratório)
¾ Imune a interferências eletromagnéticas
¾ Isolamento completo entre transmissor e receptor
¾ Custo por comprimento mais elevado
¾ Ligações complicadas
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
61
61
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Conectores ST
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
Modulador Amplificador
Detetor
Fonte de luz
Fibra Ótica
Sensor ótico
Sinais Elétricos Sinais ElétricosSinais Óticos
62
62
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
¾ Diodo Emissor de Luz
(Light Emitting Diode - LED)
• atinge taxas da ordemde 150 Mbps
• potênciasuficiente para o sinal se propagar de
10 a 15 Kmsemrepetidores
¾ Laser
• monocromático
• coerente (ondas alinhadas emfase)
• intensidade alta
• raios paralelos
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
¾ Monomodo
Diferentes índices
de refração
5 µ m
75 µ m
63
63
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
¾ Multimodo
Diferentes índices
de refração
50 µ m
100 µ m
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fibra Ótica
¾ Multimodo com Índice Gradual
100 µ m
64
64
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação e Transmissão de
Informação
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão
¾ O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
¾ Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequência maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
65
65
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão Serial Assíncrona
Stop Parity
Start Start
Transmissão serial
1 0 1 0 0 1 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transmissão
¾ O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
¾ Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequência maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
66
66
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Código Manchester
• bit “1” - transição positiva (subida) no meio do intervalo desinalização do
bit
• bit “0” - transição negativa (descida) no meio do intervalo de sinalização
do bit
Bits
Sinal NRZ
Onda de Relógio
Manchester
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação Manchester
¾ Sincronismo entre transmissor e receptor
¾ Detecção de portadora
¾ Detecção de colisão
¾ Transmissão de quatro símbolos
• “0”
• “1”
• “J”
• “K”
67
67
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ O que é uma transmissão simplex, half-duplex e full-duplex? Dê duas
formas de implementação de uma comunicação full duplex.
¾ O que é uma ligação ponto-a-ponto e multiponto?
¾ O que é representar um sinal no domínio do tempo? E no domínio da
frequência?
¾ O que é banda passante e largura de banda de umsinal? Qual a largura de
banda de umsinal digital?
¾ O que é banda passante necessária de umsinal?
¾ Qual a diferença entre sinal e informação?
¾ Um sinal pode ser deformado semque se perca
informação? Dê exemplo?
¾ Por que um meio físico de alta velocidade é chamado de meio de banda
larga?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ O que é modulação? Qual a diferença para a multiplexação de frequência?
¾ O que é multiplexação no tempo?
¾ O que é multiplexação síncrona e assíncrona?
¾ Qual a diferença entre TDM e TDMA?
¾ Qula a diferença entre FDM e FDMA?
¾ O que é comutação? O que é comutação na frequência e no tempo?
¾ O que é um comutador síncrono e assíncrono no tempo? Em que tipos de redes são utilizados?
Quais as multiplexações são utilizadas em suas linhas?
¾ O que são as hierarquias plessiócronas?
¾ Qual a diferença entre uma fibra monomodo, multimodo e multimodo com índice gradual?
¾ Para que serve a codificação manchester? Como através dela é possível realizar a detecção de
portadora e a detecção de colisão? Pode existir colisão em ligação ponto-a-ponto? Por que a
codificação manchester é chamada dibit?
68
68
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Considere um sinal analógico cujo espectro é ilustrado na figura abaixo
Se considerarmos que a banda passante necessária para manter uma boa
qualidade desse sinal (definida por uma determinada aplicação) corresponde à
faixa na qual a amplitude das componentes permanece maior ou igual a maior
amplitude de todas as componentes (Amax) dividida por , pergunta-se:
• Utilizando FDM em um meio físico cuja banda passante vai de 800 kHz a 900 kHz,
quantos canais do sinal acima podem ser acomodados considerando que é necessário
inserir bandas de guarda (bandas entre canais) de 500 Hz ?
• Considerando o mesmo meio físico da questão a), quais serão as faixas de freqüência
que os filtros de cada canal deverá atuar?
Freqüência (Hz)
Ampli tude dos Sina is Componente s
Amax
2
max
A
500 10 00 1500 20 00 250 0 3 000 350 0
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Nível de Enlace
__MACOSX/Slides/P1/._4.NívelFísico.pdf
Slides/P1/5.EnlaceObrigatório.pdf
69
69
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
¾ Delimitação e transmissão de quadros
¾ Detecção de erros
¾ Controle de Acesso
¾ Correção de erros que por ventura ocorram
no nível físico (opcional)
¾ Controle de fluxo (opcional)
¾ Multiplexação (opcional)
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Delimitação de Quadros
Para cri ar e reconhecer os limites dos quadros são usados
basicamente cinco métodos.
¾ Contagem de caracteres
¾ Transparência de caracteres
¾ Transparência de bits
¾ Violação de código
¾ Caça ao cabeçalho
70
70
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Contagem de Caracter
¾ Na contagem de caracteres, um campo no cabeçalho informa o
número de caracteres do quadro.
¾ Supondo que um quadro vem logo a seguir a outro, fica assim
determinado o fim de um quadro e o início de outro.
¾ Para delinear o primeiro quadro ou resincronizar a delimitação,
pode ser utilizado, por exemplo, o quinto método: “ caçada do
cabeçalho”.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transparência de Caracteres
¾ A transparência de caracteres baseia-se na utilização
de caracteres delimitadores. O método utiliza caracteres
especiais para indicar o início e o final do quadro.
¾ O problema dessa abordagem é que os caracteres
delimitadores podem aparecer entre os dados
transmitidos no quadro. Para contornar esse problema,
toda vez que um delimitador aparece nos dados, é
inserido (stuffed) antes dele um outro caracter especial.
Quando o destinatário recebe um delimitador precedido
do caracter especial ele conclui que, nesse caso, o
caracter delimitador faz parte dos dados do quadro.
71
71
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Transparência de Bits
¾ Transparência de bits (bit stuffing) utiliza seqüências especiais
de bits, denominadas flags, para delimitar os quadros. Para
evitar que ocorrências da seqüência delimitadora nos dados
sejam interpretadas incorretamente, bits adicionais são
acrescentados aos dados, de forma semelhante à transparência de
caracteres.
¾ O protocolo HDLC utiliza essa técnica e usa o padrão 01111110
como delimitador. Sempre que o transmissor encontra seis bits
consecutivos iguais a 1 nos dados que vai transmitir, ele insere
(stuffs) um bit 0 na cadeia de bits. Quando o receptor encontra
seis bits 1 consecutivos, seguidos de um bit 0, ele
automaticamente retira (destuffs) o bit 0.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Violação de Códigos
¾ O quarto método baseia-se na violação de códigos do nível físico.
¾ Esse método só pode ser usado em redes cuja codificação dos bits
no meio físico possui alguma forma de redundância.
¾ Por exemplo, na codificação Manchester (utilizado nas redes
Ethernet e token ring) o bit 0 é codificado por uma transição
negativa no sinal, e o bit 1 por uma transição positiva. Os símbolos
onde não há transi ção (J e K) não são usados para representar
dados, podendo ser então utilizados para delimitar os quadros.
¾ Outros exemplos de utilização da violação de códigos podem ser
encontrados nos códigos blocados 4 entre 5 (utilizado nas redes
FDDI e ATM) e 8 entre 10 (utilizado nas redes Fiberchannel e
ATM)
72
72
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação 4 entre 5
Símbolo Valor (5bits)
Símbolos de Dados
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Símbolos de Controle
Quiet
Idle
Halt
J
K
T
Control Reset
Control Set
11110
01001
10100
10101
01010
01011
01110
01111
10010
10011
10110
10111
11010
11011
11100
11101
00000
11111
00100
11000
10001
01101
00111
11001
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Codificação NRZI
Bits
NRZ
Relógio
Manchester
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
NRZI
73
73
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Caça ao Cabeçalho
¾ Neste método, o cabeçalho do quadro é terminado com um campo
para detecção de erro, denominado HEC (header error check).
¾ Inicialmente, no estado de caça (HUNT), o quadro é monitorado
bit a bit, através de uma janela de tamanho igual ao tamanho do
cabeçalho, incluindo o campo HEC). A cada entrada de um bit do
quadro nessa janela, a corretude do “suposto cabeçalho” é
veri ficada (at ravés do “ suposto HEC”). Quando uma seqüência
correta é detectada o início do quadro está delimitado.
¾ Seu final pode ser delimitado, ou pelo quadro ter um tamanho fixo
que se sabe a priori (como é o caso da utilização desse método em
redes ATM), por contagem de caracteres, ou por um outro método
qualquer.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Técnicas de Detecção de Erro
¾ Paridade
¾ Checksum
¾ CRC
74
74
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato do Pacote
Informação FCSOrigemDestino EDSD
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Acesso
¾ Cabe ao nível de enlace disciplinar o acesso ao meio. Este controle
pode ser centralizado ou distribuído.
¾ No controle centralizado, uma máquina fica responsável pelo controle
do acesso (estação primária), que é por ela gerenciado através do
envio de um quadro poll perguntando se cada uma das outras
máquinas (estações secundári as) possui dados a transmitir (lembre-se
que a ligação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto. Em caso positivo
a estação secundária transmite seus dados após receber o quadro poll.
¾ No controle distribuído as estações são consideradas logicamente
iguais tendo o mesmo direito de acesso ao enlace. Nesse modo de
operação todas as estações são responsáveis pelo controle de acesso
ao meio físico.
75
75
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação x Acesso
¾ FDM
• FDMA
¾ TDM
• TDMA
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Alguns exemplos de protocolos de
acesso (M)
¾ Centralizado
• Modo de resposta normal do protocolo HDLC [ISO 84a, ISO 84b, ISO
84c].
¾ Distribuído:
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.3: CSMA/
CD (usado nas redes Ethernet)
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.4: token bus
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.5: token ring
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.6: DQDB
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão ANSI X3T9: FDDI
76
76
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso ao
Meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Características dos Protocolos
¾ Capacidade
¾ Estabilidade em sobrecarga
¾ Justiça (“fairness”)
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
77
77
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso
Baseados em Contenção
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
78
78
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
Tempo
R2
Timeout + Backoff
Transmissor 2
T1 R1T2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
¾ Capacidade
• Aloha 18%
¾ Equidade
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
¾ Estabilidade em sobrecarga
79
79
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Slotted Aloha
Tempo
T1 T2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha X Slotted-Aloha
T1
Tempo ocioso
T1
Aloha
Slotted-Aloha
80
80
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha X Slotted-Aloha
Tempo de Desperdício
Tempo de Desperdício
Aloha
Slotted-Aloha
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Aloha
¾ Capacidade
• Aloha 18%
• Sloted Aloha 36%
¾ Equidade
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
¾ Estabilidade em sobrecarga
81
81
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
(Carrier Sense Multiple Access)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
Tempo
T1 T2
82
82
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
R2 R2
Timeout + Backoff
Transmissor 2
T1
T2
Tempo
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA
Estação Ativa
Transmite
Colisão?
Sim
Não
Sim
Não
Meio Livre?
Retardo Aleatório
83
83
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
Quero Transmitir
O meio está livre?
Não
Sim
Esperar um tempo
aleatório
O meio ainda está
livre? Transmitir
Esperar um tempo
aleatório
O ACK chegou?
Não
Sim
Fim
Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
Tempo
T1
T2
T3
Colisão
84
84
PUC-Rio / DI
TeleMídia
O Protocolo CSMA/CD
¾ O protocolo CSMA/CD é um dos mais populares, por ser o protocolo
de acesso das redes Ethernet. Para regular o acesso ao enlace, todas
as estações nele ligadas, deve realizar o seguinte algoritmo:
Estação Ativa
Transmite
Colisão?
Sim
Não
Sim
Não
Meio Livre?
Para de transmitir
Espera um retardo Aleatório
SUCESSO
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
CSMA/CD
B detecta a colisão
85
85
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
A recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreu
colisão
CSMA/CD
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A B
A detecta a colisão
CSMA/CD
86
86
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
¾M >= 2 C Tp
• M é o tamanho do pacote em bits
• C é a taxa de transmissão da rede em bps
• Tp é o tempo de propagação do sinal no meio
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
¾ E = 1 / (1 + 3,4 a)
¾ a = Tp / P
• P é o tempo de transmissão de umpacote
87
87
PUC-Rio / DI
TeleMídia
CSMA/CD
¾ E = 1 / (1 + 3,4 a)
¾ a = Tp / P
• P é o tempo de transmissão de umpacote
¾ P = M / C Tp = L / Vc
¾ a = L.C / Vc.M = L.C / k
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso
Ordenado
88
88
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Protocolos de Acesso Ordenado
¾ Retardo de transferência limitado
¾ Justo (“fair”)
¾ Estável em sobrecarga
PUC-Rio / DI
TeleMídia
89
89
PUC-Rio / DI
TeleMídia
C C
V V
C
V
C
V
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Inserção de Retardo
RDR
RDT
1
2
3
Registro de
Recepção
Registro de
Transmissão
Anel
Interface
90
90
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Quais as funções obrigatórias e opcionais do nível de enlace?
¾ Faça todas as combinações possíveis dos algoritmos para delimitação de
início e fimde pacotes e destaque aquelas que não funcionam.
¾ Explique a detecção de erro por CRC.
¾ Como pode ser feita a detecção de colisão emuma rede CSMA? E emuma
rede CSMA-CD? Por que o serviço da primeira é chamado de confiável e
o da segunda de não confiável? Qual o melhor?
¾ Por que existe um tamanho de mensagem mínimo em uma rede CSMA-
CD? Como esse tamanho varia com a maior distância entre estações da
rede e a taxa de transmissão utilizada?
¾ Porque a eficiência de uma rede CSMA-CD tambémdepende da distância
e da taxa de transmissão?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Sabendo-se que:
• o tamanho mínimo (em octetos) que deve ter a soma dos campos INFO e PAD em
uma rede utilizando CSMA/CD é 64 octetos;
• as estações são ligadas diretamente a um comutador (switch) por um enlace cujo
comprimento é igual a 100m;
• a velocidade de propagação no meio (enlace) é igual a 250.000 km/s.
• cada comutador interligando duas estações introduz um retardo equivalente ao tempo
de transmissão de 13 octetos, em cada comutação;
• a taxa de transmissão é de 100 Mbps;
• Qual a distância máxima entre duas estações na rede?
• Sintaxe da mensagem
¾ Obs: 1)No cálculo da mensagem mínima, o preâmbulo e o campo SD
não devemser levados emconsideração.
FCSPreâmbulo SD DA PADINFOLengthSA
7 1 6 6 2 4 (octetos)
91
91
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Imagine que você queira utilizar uma rede CSMA/CD, de acordo com o
padrão IEEE-802.3, para transmissão de voz digitalizada. Sabe-se que
cada pessoa falando (enviando voz ou silêncio) gera na rede uma taxa de
dados (informação) de 48Kbps, e que, por motivos de retardo de
empacotamento e perdas, o tamanho do segmento de informação de voz
a ser transportado emum pacote é de no máxi mo 48 bits (campo INFO).
Pelo padrão mencionado, a sintaxe do pacotede dados é a apresentada na
figura abaixo. Suponha que a rede opera a 10Mbps em um cabo coaxial
cuja velocidade da luz é de 210.000 Km/seg, cabo cujo comprimento
pode atingir até 2,5 Km. Supondo ainda que o tempo de geração de
pacotes de voz é aleatório, pergunta-se:
E = (M/C) / (M/C + 3,4 tp)
• 1) Qual o tamanho total da mensagem transmitida?
• 2) Quantas estações transmitindo voz simultaneamente poderemos ter no máximo nesta
rede?
• 3) No caso da pergunta anterior, qual é a taxa de transmissão efetiva da rede, isto é,
aquela utilizada na transmissão dos segmentos de dados de voz?
FCSPreâmbulo SD DA PADINFOLengthSA
7 1 6 6 2 4 (octetos)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Os itens abaixo estão relacionados aos trabalhos de laboratório
referentes aos níveis físico e de enlace. Responda de acordo com a
implementação de sua equipe:
• Explique como foram realizadas a transmissão e recepção de bytes no nível físico?
• Qual o critério utilizado para a escolha do IFS? O que acontece quando escolho um
IFS muito grande ou muito pequeno?
• Suponha que em sua rede, as estações E1 e E2 estejam executando o programa que
implementa o nível de enlace e o físico, mas que
a estação F esteja executando
somente o nível físico. O IFS da rede é de 3 segundos e suponha também que o tempo
de transmissão de um quadro Q de tamanho máximo é de 0,5 segundos. Considere
agora os seguintes eventos:
– No instante 0s, a estação E1 detectou meio livre (ela já vinha “escutando” o
meio) e imediatamente começou a transmitir Q por difusão (broadcast).
– No instante 1s, o nível de enlace da estação E2 recebeu um quadro Q para
transmitir para E1.
– No instante 2s, a estação F iniciou uma transmissão de 0,25s de alguns bytes.
Ao final de 10 segundos, o que aconteceu na rede? Quando E2 começou a transmitir?
Quem recebeu o quê?
92
92
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Token Ring
¾ Single Packet
¾ Single Token
¾ Multiple Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Packet
93
93
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Packet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Packet
94
94
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Single Packet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Token
95
95
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
TR
Single Token
96
96
PUC-Rio / DI
TeleMídia
R T
Single Token
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
97
97
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
98
98
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
T2
R 2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiple Token
T1R 1
T2
R 2
99
99
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Token Ring
¾ Capacidade
¾ Equidade
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
¾ Estabilidade em sobrecarga
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
100
100
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Histórico
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
¾ Formato da PDU da Camada MAC
56 Bits
Preâmbulo
48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits
Destinatário Remetente Comprimento Dados FCS
8 Bits
SD PAD
101
101
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.3
¾ Semântica do Protocolo da Camada MAC
• CSMA-CD
• Espera Aleatória Exponencial Truncada
– o número de intervalos da espera varia de 0 a 2n
– nas primeiras 10 tentativas n varia de 1 a 10, nas tentativas
subsequêntes, n continua como valor 10.
– depois de 16 tentativas malsucedidas, a interface reporta tempo
de acesso infinito.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.3
¾ 10Base5
¾ 10Base2
¾ 10BROAD36
¾ 10BaseT
¾ 10BaseF
¾ 100BaseT
102
102
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Comprimento Máximo de um Segmento
Segmento
Distancia máxima
10Base5
500
metros
10Base2
185
metros
10BaseF
Depende da
tecnologia de
transmissão
(até 2 Km)
10BaseT
100 - 150
metros
10Broad36
3600
metros
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base5
Conector “N” Macho
Conector de pressão
(MDI)
Conector AUI
de 15 pinos
Cabo Coaxial Grosso
Interface ETHERNET
com MAU externo
MAU
Cabo AUI
Terminador 50 Ohm
103
103
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Número Máximo de Estações
por Segmento 10Base5
500 metros
Distância mínima
2.5 metros
Estação 1 Estação 100Estação 99Estação 2
100 estações por segmento
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Taxa de transmissão: 10 Mbps
I Transmissão: Banda Básica (Baseband)
I Codificação: Manchester
I Cabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms
(Thick Coax)
I Topologia física em Barramento
IEEE 802.3 10Base5
104
104
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base2
Conector BNC Macho
Terminador BNC Macho 50 Ohm
Conector T BNC
MDI BNC Fêmea
Cabo Coaxial Fino
Interface ETHERNET
com MAU interno
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Número Máximo de Estações por
Segmento 10Base2
185 metros
Distância mínima
0.5 metros
Estação 1 Estação 30Estação 29Estação 2
30 estações por segmento
105
105
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10Base2
¾ Também conhecido como Thin-Ethernet ou
Cheapernet
¾ Taxa de transmissão: 10 Mbps
¾ Transmissão: Banda Básica (Baseband)
¾ Codificação: Manchester
¾ Cabeamento: Coaxial Fino 50 Ohm
¾ Topologia física em Barramento
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado
Interface ETHERNET
com MAU interno
Plugs RJ-45
100 m
Interface ETHERNET
com MAU interno
106
106
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado Conector AUI
15 Pinos
Conector BNC
Interface ETHERNET
com MAU interno
Plugs RJ-45
R
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distância máxima
100 metros HUB Par Trançado UTP
100 estações por Hub
IEEE 802.3 10BaseT
107
107
PUC-Rio / DI
TeleMídia
I Taxa de transmissão: 10 Mbps
I Transmissão: Banda Básica (Baseband)
I Codificação: Manchester
I Cabeamento: Par Trançado
I Topologia física em Barramento-Estrela
IEEE 802.3 10BaseT
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Regra 5-4-3
¾ 5 Segmentos
¾ 4 Repetidores
¾ 3 Segmentos Povoados
108
108
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Fast Ethernet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
¾ Estações ligadas em estrela a um hub central
¾ Sub-camada MAC do IEEE 802.3
¾ Opções de nível físico:
• 100BASE-TX: 2 pares UTP Categoria 5 ou 2 pares STP
• 100BASE -T4: 4 pares UTP Categoria 3, 4 ou 5
• 100BASE-FX: 2 fibras óticas multimodo degrau 62,5/125 µ
¾ Hubs com portas operando a 10 e 100 Mbps
¾ Ligações das estações ao meio feita pela interface MII
100BASE-T (Fast Ethernet)
IEEE 802.3u
109
109
PUC-Rio / DI
TeleMídia
100BASE-T (Fast Ethernet)
IEEE 802.3u
Físico
EnlaceEnlace
MAC
OSI IEEE
MIIMII
LLC
100BASE-TX 100BASE-T4 100BASE-FX
Repetidor 100BASE-T
MAC 802.3MAC 802.3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switched Ethernet
110
110
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switches Ethernet
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 MbpsPorta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
10 Mbps
Porta de
30 Mbps
Via de Alta
Velocidade
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Switches
¾ Comutação feita por software: memória
compartilhada store-and forward switch
(buffered switch).
• FCS verificado antes da transferência
¾ Comutação feita por hardware: estabelecimento de
circuito entre porta de origem e destino durante a
transmissão de um quadro cut-through switch
• Latência pequena
111
111
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gigabit Ethernet
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Histórico - Gigabit Ethernet
¾ Novembro de 1995: Formação do grupo de estudo
sobre redes de alta velocidade
¾ Julho de 1996: Criação da força tarefa IEE 802.3z -
Gigabit Ethernet
¾ Início de 1997: Primeiro draft
¾ Junho de 1998: Versão final do padrão
112
112
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Gigabit Ethernet
¾ Permitir a operação half- e full-duplex a taxas de 1000 Mbps
(atualmente a 10Gbps)
¾ Usar o formato do pacote Ethernet 802.3
¾ Usar o método de acesso CSMA/CD com suporte para um
repetidor por segmento
¾ Ser compatível com as tecnologias 10BASE-T e 100BASE-T
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Interfaces Físicas
¾ 1000BASE-SX (fibra ótica multimodo)
¾ 1000BASE-LX (fibras óticas monomodo e
multimodo)
¾ 1000BASE-CX (cabo de cobre blindado e
balanceado)
113
113
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Ethernet e FibreChannel no
IEEE802.3z
IEEE 80 2.2 LLC
IEEE 80 2.3
CS MA /C D
FC -4 U pp er- La yer
M ap pin g
I EEE 8 02. 3
Ph ysi cal Laye r
IE EE 80 2.3
E th er net
F C- 3 Co m mo n
S er vi ces
F C- 2 S ign al ing
F C- 1
Enco de /D ecod e
FC - 0 I nt er fa ce
an d M edi a
AN S I X 3T1 1
Fib reC h an n el
I EEE 8 02 .2 LLC
CS MA /CD o r F ull
Du pl ex MA C
8B /10 B
Enc od e/D eco de
S e ri aliz er /
D eser ial ize r
Co nn ect or
IEE E 8 02 .3 z
G i gab i t Et he rn et
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Modos de Operação
¾ Assim como o Fast Ethernet, GbE opera nos modos half- e full-duplex.
¾ Operando no modo half-duplex, o GbE conserva o método de controle
de acesso do padrão Ethernet, CSMA/CD.
¾ A maioria dos comutadores capacita ao usuário selecionar o modo de
operação de cada porta, permitindo-o migrar aos poucos conexões
compartilhadas half-duplex para conexões ponto-a-ponto full-duplex.
¾ No modo full-duplex, os pacotes viajam em ambas as direções
simultaneamente sobre dois caminhos numa mesma conexão, com uma
banda passante agregada igual ao dobro da banda da conexão hal f-
duplex, ou seja, 2 Gbps (20Gbps).
¾ A GbE apresentam dois tipos de topologia: chaveada e compartilhada.
114
114
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada Física
¾ 1000BASE-LX: destinado a conexões de maior
distância, atingindo 550m com fibras multimodo e até
3Km com fibras monomodo.
¾ 1000BASE-SX: ideal para conexões de baixo custo,
interligando pontos mais próximos, alcançando no
máximo 550m.
¾ 1000BASE-CX: cobre, com até 25 metros.
¾ 1000BASE-T: cobre, com até 100 metros.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Distância Máximas
115
115
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A Camada PMA
¾ A subcamada PMA (physical media attachment) do GbE é
idêntica à FC1 do FibreChannel, que descreve a sincronização e
a serialização/deserialização dos dados.
¾ A serialização fornece o suporte a múltiplos esquemas de
codificação, apropriada para cada tipo de mídia.
¾ A PMA é também responsável por recuperar o sinal de relógio a
partir dos dados codificados, utilizando um circuito Phased Lock
Loop.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
A Camada PCS
¾ A subcamada PCS (Physical Coding Sublayer) é responsável
pelo esquema múltiplo de codificação do protocolo de
transmissão, incluindo caracteres especiais e controle de erro.
¾ Esta subcamada gerencia também o processo de negociação
realizado pelo NIC com a rede para determinar a velocidade da
rede (10, 100 ou 1000 Mbps) e o modo de operação (hal f- ou
full-duplex).
¾ O esquema de codificação do GbE é o mesmo 8B/10B
especificado na camada FC1
• O mecanismo é bastante similar à codificação 4B/5B usada na
FDDI, a não ser pelo balanceamento DC. A codificação 4B/5B foi
rejeitada pelo FibreChannel devido à falta de balanceamento DC,
que pode provocar um aquecimento dos lasers dependendo dos
dados enviados, se transmitir mais 1’s do que 0’s.
116
116
PUC-Rio / DI
TeleMídia
GMII
¾ A GMII (Gigabit Media Independent Interface):
• Manipula dados não codificados através de caminhos
independentes de transmissão e recepção de 8-bits, operando a 125
MHz. Suporta, portanto, as operações halfe full-duplex.
• Transmite sinais de relógio, de presença de portadora e de ausência
de colisão.
¾ A GMII garante compatibilidade reversa, dando
suporte às três velocidades das implementações
anteriores do Ethernet.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace: CSMA/CD
¾ Ethernet: 10 Mbps e 64 bytes de tamanho mínimo de pacote,
estações distantes até 2 Km podem detectar colisões.
¾ Fast Ethernet: a taxa de transmissão é dez vezes mais rápida e o
formato dos pacotes permaneceu inalterado, distância caiu para
200 m.
¾ Para evitar que o mesmo ocorresse com o Gigabit Ethernet (uma
distância máxima de 20 m seria impraticável), o comitê 802.3z
redefiniu a subcamada MAC para manter os mesmos 200 m.
117
117
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace: CSMA/CD
¾ Consiste basicamente em aumentar o slot size de 64 para 512 bytes.
¾ Quando transmitidos, os pacotes menores que 512 bytes são
seguidos por um sinal especial enviado pela subcamada MAC,
enquanto a estação continuar monitorando a ocorrência de colisões.
A adição de bits extras ao pacote completa o comprimento mínimo
do slot size. Pacotes maiores que 512 bytes não são estendidos.
¾ O slot time do GbE deveria ser 640 bytes (tempo gasto pelo Fast
Ethernet para transmitir 64 bytes a 100 Mbps), mas, o 802.3z
decidiu que 640 bytes seri a muito inefi ciente, e determinou o valor
de 512 bytes. Para isso, foram tomadas outras medidas: o número
de repetidores por segmento caiu para 1 e a margem de segurança
das especificações foi praticamente eliminada.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Pacote GbE
¾ Note que o tamanho mínimo de 64 bytes do pacote não foi alterado.
P reamble SFD DA SA Type /
Length
Dados FCS Extensão
64 bytes min
512 bytes min
Duração do Evento de Deteção de Portadora
SFD: Delimitador de Início de Pacote
DA: Endereço de Destino
SA: Endereço de Origem
FCS: Seqüência de Verificação do Pacote
118
118
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
¾ No pior caso, se o tráfego da rede consistisse apenas
de pacotes de 64 bytes, a vazão efetiva do GbE seria
de 120 Mbps.
¾ Em condições normais, a média da distribuição do
tamanho dos pacotes Ethernet de uma rede varia em
torno de 200 a 500 bytes, o que equivaleria a uma
vazão de 300 a 400 Mbps.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
¾ Para minimizar os efeitos da extensão de portadora no
desempenho da rede foi incorporado a rajada de pacotes (frame
bursting) no algoritmo do CSMA/CD: uma estação pode
transmitir vários pacotes pequenos seguidos sem interrupção,
agrupando-os no máximo até 1500 bytes.
¾ É importante salientar que estes ajustes no CSMA/CD, como a
extensão de port adora e a raj ada de pacotes, apenas são
necessários quando o Gigabit Ethernet opera no modo half-
duplex, que consta do padrão apenas para manter
compatibilidade.
119
119
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Enlace GbE
¾ O modo de transmissão full-duplex elimina a
necessidade de protocolos de controle de acesso, pois
as estações enviam e recebem dados por pares de fios
distintos.
¾ Geralmente é utilizado apenas nas configurações
ponto-a-ponto, e as implementações precisam estar de
acordo com as especificações ratificadas pelo grupo
802.3x em Março de 1997.
¾ A transmissão full-duplex permite que a banda
passante da rede possa ser facilmente duplicada com
custos relativamente baixos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.4
120
120
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Semântica do Protocolo da Camada
MAC 802.4
¾Passagem de Permissão em Barra
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Canais de Frequência
“Broadband” IEEE 802
Canal de
Retorno
Limite da faixa de
frequência (MHz)
Canal de
Transmissão
Limite da faixa de
frequência (MHz)
T 7
T 8
T 9
T 10
T 11
T 12
T 13
T 14
2’
3’
4’
4A’
5’
6’
FM1’
FM2’
FM3’
5,75
11,75
17,75
23,75
29,75
35,75
41,75
47,75
53,75
59,75
65,75
71,75
77,75
83,75
89,75
95,75
101,75
H
I
7
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
162
168
174
216
222
228
234
240
246
252
258
264
270
276
282
288
294
121
121
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe do Protocolo da Camada MAC
802.5
• SD - Delimitador de Início de Quadro (Start Delimiter)
• AC - Controle de Acesso (Access Control)
• FC - Controle de Quadro (Frame Control)
• DA - Endereço do Destinatário (Destination Address)
• SA - Endereço do Remetente (Source Address)
• FCS - Controle de Erros (Frame Check Sequence)
• ED - Delimitador de Fim de Quadro (End Delimiter)
• FS - Status do Quadro (Frame Status)
SD AC FC DA SA FCS ED FSPDU LLC
Formato Geral
1
octeto
1
octeto
1
octeto
2 a 6
octetos
2 a 6
octetos
4
octetos
1
octeto
1
octeto
122
122
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Sintaxe do Protocolo da Camada MAC
802.5
SD AC ED
Permissão
1 octeto
ppp t m rrr
• ppp prioridade corrente
• t permissão (0 - livre)
• m monitor
• rrr reserva de prioridade
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Semântica do Protocolo da Camada
MAC 802.5
¾ Passagem de Permissão em Anel
• Sem prioridade
• Com prioridade
123
123
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.5
I Taxa de transmissão: 4 Mbps
I Transmissão: Banda Básica (Baseband)
I Codificação: Manchester Diferential
I Número máximo de repetidores: 250
I Cabeamento:
IPar Trançado (STP ou UTP) 150 Ohms
I Topologia física : Anel-Estrela
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões do Nível Físico
IEEE 802.5
I Taxa de transmissão: 16 Mbps
I Transmissão: Banda Básica (Baseband)
I Codificação: Manchester Diferential
I Número máximo de repetidores: 250
I Cabeamento:
IPar Trançado STP 150 Ohms
IPar Trançado UTP 100 Ohms (em estudo)
I Topologia física : Anel-Estrela
124
124
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.5
Interface Token-Ring
com MAU interno
Interface Token-Ring
com MAU interno
Par Trançado
Blindado
Ring IN
Ring OUT
HUB
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.11
125
125
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes Móveis
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 - Introdução
¾ Motivação
• Substituir cabeamento físico por conexões sem fio
• Prédios históricos
• Infraestruturas complexas
• Reduzir custos de instalação e manutenção
• Dar suporte a usuário que tendem a trocar de localização física com freqüência
¾ Grupo de trabalho iniciado em1990 para criar umpadrão para WLAN
• 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific, and Medical)
• 7 anos depois 802.11 operando 1 a 2 Mbps
126
126
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrões IEEE 802.11
¾ 802.11 – Taxas de 1 ou 2 Mb/s na banda de 2.4GHz, utiliza tanto
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) como Direct Sequence
Spread Spectrum (DSSS).
¾ 802.11a – Taxas de 54Mb/s na banda de 5GHz, utiliza Orthogonal
Frequency Division Multiplexing (OFDM) ao invés do FHSS ou DSSS.
¾ 802.11b – Taxas de 5,5 ou 11 Mb/s (também pode operar em 1 ou 2
Mb/s) na banda de 2.4GHz, utilizando apenas DSSS.
¾ 802.11g – Taxas de 20+ Mb/s na banda de 2.4GHz.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 Wireless LAN
¾ Tipos de redes
• Com infra-estrutura
• Sem infra-estrutura (Ad Hoc)
127
127
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Com Infra-estrutura
¾ A transferência de dados acontece sempre entre uma Estação
Móvel (EM) e um Ponto de Acesso (AP).
¾ O AP também pode servir como ponte entre a rede móvel e a
fixa.
¾ Topologia em estrela. O AP controla o fluxo de toda a rede.
¾ Pode usar esquemas de acesso com ou sem colisão.
¾ Perde confiabilidade, pois o funcionamento da rede depende do
AP.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Sem Infra-estrutura (ad hoc)
¾ A transferência de dados acontece diretamente entre as EM’s.
¾ Uma estação A só pode se comunicar com uma estação B se B estiver
dentro do raio de ação de A ou se existir uma ou mais estações entre A
e B que possamencaminhar a mensagem.
¾ As EM são mais complexas pois devem implementar mecanismos de
acesso ao meio, mecanismos para controlar problemas de “ estações
escondidas” e mecanismos para prover alguma qualidade de serviço
128
128
PUC-Rio / DI
TeleMídia
WLAN Sem Infra-estrutura (ad hoc)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Camada Física
¾ Definiu originalmente duas técnicas de transmissão por rádio, na banda
2,4GHz, e uma por infravermelho para as taxas de 1 e 2 Mb/s:
• Infrared PHY: Fornece operação a 1Mb/s, com 2Mb/s opcional. A versão de 1Mb/s
usa modulação 16-PPM (Pulse Position Modulation com 16 posições), e a versão de
2Mb/s utiliza modulação 4-PPM.
• Direct Sequence Spread Spectrum Radio PHY (DSSS): Provê operação em ambas as
velocidades (1 e 2 Mb/s). A versão de 1Mb/s utiliza a modulação DBPSK
(Differential Binary Phase Shift Keying), enquanto que a de 2Mb/s usa modulação
DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying).
• Frequency Hopping Spread Spectrum Radio PHY (FHSS): Fornece operação 1 Mb/s,
com 2 Mb/s opcional. A versão de 1Mb/s utiliza 2 níveis da modulação GFSK
(Gaussian Frequency Shift Keying), e a de 2Mb/s utiliza 4 níveis da mesma
modulação, com chaveamento de freqüência entre 79 canais de 1MHz com objetivo
de restringir acesso aos dados.
129
129
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Camada Física
Rádio Infravermelho
Frequências 2,4 GHz 3x1014 Hz
Cobertura máxima 30 – 240m ou 15km 10 a 30m
Requer visada direta? Não Sim
Requer licença? Não Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – Media Access Control
¾ A Camada MAC é única para WLANs, porém muito similar a
MAC do 802.3
• É projetada para suportar múltiplos usuários em um meio compartilhado.
• O transmissor escuta o meio, para verificar que está livre, antes de
transmitir.
• Não é possível detectar colisão, pois sistemas rádio não podem transmitir e
escutar o meio ao mesmo tempo.
¾ A Camada MAC usa então o protocolo CSMA/CA – Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance.
130
130
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
Quero Transmitir
O meio está livre?
Não
Sim
Esperar um tempo
aleatório
O meio ainda está
livre? Transmitir
Esperar um tempo
aleatório
O ACK chegou?
Não
Sim
Fim
Não
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.11 – CSMA/CA
AP
BSS
131
131
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Problema de nós escondidos
¾ EM podem escutar AP, mas EMs não se escutam.
¾ Gera colisão, pois mais de um móvel transmite ao
mesmo tempo.
¾ Como as EMs que transmitiram não receberam os
ACKs dos pacotes que colidiram, elas assumem que
aconteceu uma colisão, esperam um tempo aleatório e
retransmitem.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Problema de nós escondidos
AP
BSS
Colisão
132
132
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Solução para o problema de nós escondidos
¾ O 802.11 especifica então (como opcional) Request to
Send/Clear to Send (RTS/CTS).
¾ O transmissor envia um RTS e espera o AP responder
com um CTS.
¾ Como os pacotes RTS/CTS ocupam a rede,
geralmente só é utilizado para a transmissão de
pacotes grandes, onde a retransmissão é critica.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Outras características da Camada MAC
¾ Adiciona o CRC Checksum, para verificar se os dados transmitidos
estão corretos.
¾ Faz Packet Fragmentation, que divide pacotes grandes em pacotes
menores, melhorando o funcionamento quando a rede está
congestionada.
¾ Faz associação a APs
¾ Define métodos para limitar a latência, permitindo aplicações de voz e
vídeo
¾ Faz o controle de potência, visando economizar as baterias
¾ Define técnicas para aumentar a segurança
133
133
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Associações a APs Arquitetura Celular
¾ A camada MAC é responsável por associar uma EM a um AP. A EM
escolhe o AP baseando-se em taxa de pacotes errados e potência do
sinal.
¾ Após ser associada a um AP a EM sintoniza o canal usado por este AP
e periodicamente verifica todos os outros canais em busca de um AP
melhor. Se encontrar umAP melhor a EM sintoniza o canal deste novo
AP.
¾ Geralmente dentro de um prédio existem muitos APs, logo será
necessário fazer o reuso de frequência tomando cuidado para não
colocar APs commesmo canal juntos.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Métodos para Limitar a Latência
¾ A camada MAC define dois protocolos de acesso:
• Point Coordination Function (PCF)
• Distributed Coordination Function (DCF)
¾ Quando o sistema está operando em modo PCF cada
EM transmite na sua vez (similar ao token ring),
limitando assim a latência.
134
134
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Gerenciamento de Energia
¾ A camada MAC define dois modos de operação:
• Continuous Aware Mode – Neste modo o rádio fica sempre ligado.
• Power Save Polling Mode – Modo de economia de energia
PUC-Rio / DI
TeleMídia
MAC – Segurança
¾ A camada MAC fornece mecanismos para aumentar a
segurança:
• Wired Equivalent Privacy(WEP) – Tem o objetivo de fornecer um
nível de segurança equivalente ao das LANs cabeadas.
• Fornece mecanismos de criptografia.
135
135
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Dada uma rede em anel com inserção de retardo, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Dada uma rede em anel token-ring single packet, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
136
136
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Dada uma rede em anel token-ring single token, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Dada uma rede em anel token-ring multiple token, com N estações,
tamanho de pacote máximo igual a M bits, taxa de transmissão
igual a T bps, distância entre estações de igual comprimento L
metros, e velocidade de propagação no meio igual a V
metros/segundo.
• Qual o tempo de espera máximo para se poder iniciar um a
transmissão?
• Qual o tempo máximo que um pacote chega inteiramente ao destino,
desde o momento que foi iniciada sua transmissão?
• Qual o tempo de transferência máximo da rede?
137
137
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Suponha uma rede em anel com protocolo "token ring - single token".
Sabendo que:
• 1) A rede possui um perímetro de 10Km.
• 2) A rede possui 100 estações que podem ser inseridas em qualquer posição do anel.
• 3) A taxa de transmissão na rede é de 100Mbps.
• 4) O retardo máximo de transferência permitido pelas aplicações é de 5,07 mseg
• 5) A velocidade de propagação da luz no meio de transmissão é de 200.000 Km/s
Calcule:
• 1) O tamanho máximo do pacote em bytes
• 2) O tempo de acesso máximo da rede
• 3) O tempo de transmissão máximo
Dica: Não deixe de levar em consideração a latência do anel (faça o cálculo para os dois
casos possíveis e veja qual não leva ao absurdo – o cálculo dos dois casos será exigido
na correção da questão). Você pode desprezar o retardo introduzido por uma estação no
anel ao repetir um pacote.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ Explique o algoritmo de espera aleatória binária truncada.
¾ Quais os cuidados que se deve ter ao se fazer u ma ligação multiponto? Por
que casar o final da barra? Por que a ligação com o meio tem de ter alta
impedância? Por que deve ser respeitada uma distância entre estações? Por
que os terras têmde ser isolados? Como isso pode ser feito?
¾ Quais os cuidados a seremtomados emuma ligação ponto-a-ponto?
¾ Por que o tamanho mínimo do pacote Ethernet não teve de ser diminuído
na Fast-Ethernet? Por que teve de ser diminuído na Gigabit-Ethernet?
Quais outros cuidados tiveram de ser tomados nesta diminuição? Por que
esses cuidados só são necessários na GbE no modo half-duplex?
¾ Emuma rede IEEE-805, o que é o bit da monitora? Qual o tempo que uma
rede deve esperar para entrar no modo “claim-token”?
138
138
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Perguntas
¾ O que é uma rede infra-estruturada e uma rede ad-hoc?
¾ Como uma estação base escolhe sua estação radio-base?
¾ Como funciona o protocolo CSMA-CA?
¾ O que o padrão IEEE-802.11 introduz para reduzir o problema de
estações escondidas?
__MACOSX/Slides/P1/._5.EnlaceObrigatório.pdf
Slides/P2/.DS_Store
__MACOSX/Slides/P2/._.DS_Store
Slides/P2/6.EnlaceOpcional.pdf
1
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Redes de Computadores
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
¾ Delimitação e transmissão de quadros
¾ Detecção de erros
¾ Controle de Acesso
¾ Correção de erros que por ventura ocorram
no nível físico (opcional)
¾ Controle de fluxo (opcional)
¾ Multiplexação (opcional)
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Correção de Erro
¾ Uma vez detectado o erro, o quadro é descartado e,
opcionalmente, é enviado um aviso ao sistema que o
transmitiu. A recuperação do erros, se desejada, pode ser
realizada por retransmissão.
¾ Alternativamente o nível de enlace pode utilizar bits de
redundância que lhe permitam não só detectar erros, mas
também corrigi-los, sem a necessidade de retransmissão.
A correção de erros sem retransmissão é particularmente
útil em enlaces onde o custo de comunicação e o retardo
de transferência são elevados, como por exemplo, em
enlaces de satélites.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Correção de Erro
Os três procedimentos mais utilizados para controlar
erros são:
¾ algoritmo de bit alternado (stop-and-wait),
¾ janela n com retransmissão integral (go-back-n) e
¾ janela n com retransmissão seletiva (selective repeat).
3
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bit alternado
¾ No algoritmo de bit alternado o transmissor só envia um novo
quadro quando recebe o reconhecimento do quadro enviado
anteriormente.
¾ Após a transmissão, o transmissor espera um certo tempo pelo
reconhecimento. Caso este tempo se esgote (timeout), o quadro é
retransmitido.
¾ Considerando que os quadros podem ser transmitidos mais de uma
vez, é necessário numerá-los para que o receptor possa distinguir
quadros originais
de retransmissões. Como o transmissor só envia
um novo quadro depois do anterior ser reconhecido, só é preciso
um bit para diferenciar quadros sucessivos. O primeiro quadro é
numerado com o bit 0, o segundo com o bit 1, o terceiro com o bit
0, e assim sucessivamente.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Bit Alternado
Quadro 0
ACK 0
ACK 0
Quadro 0
Transmissor Receptor
T
Intervalos
de Timeout
ACK 1
Quadro 1 Quadro 1
Quadro 1 Quadro 1
ACK 1
ACK 1
ACK 1
Quadro 1 Quadro 1
4
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela de Transmissão
¾ A técnica de bit alternado oferece uma solução simples porém
ineficiente para o controle de erro, pois, enquanto o transmissor
espera por reconhecimentos o canal de comunicação não é
utilizado.
¾ Para aumentar a eficiênci a na utilização dos canais de
comunicação foram elaborados protocolos que permitem que o
transmissor envie diversos quadros mesmo sem ter recebido
reconhecimentos dos quadros anteriormente enviados. O número
máximo de quadros, devidamente numerados, que podem ser
enviados sem que tenha chegado um reconhecimento define a
largura da janela de transmissão.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle com Janelas
¾ Como no protocolo de bit alternado, o transmissor fica sabendo
que ocorreu um erro em um quadro por ele enviado quando seu
reconhecimento não chega, após decorrido um intervalo de
tempo suficiente para tal. Nesse caso, dois procedimentos
podem ser implementados para recuperar o erro:
• Retransmissão integral: todos os quadros a partir do que não
foi reconhecido são retransmitidos.
• Retransmissão seletiva: apenas o quadro que não foi
reconhecido é retransmitido.
¾ Para aumentar ainda mais a eficiência na utilização do canal de
transmissão, em ambos os casos o receptor não precisa enviar
um reconhecimento para cada quadro que recebe. O transmissor
ao receber o reconhecimento do quadro n conclui que os quadros
enviados antes dele, foram recebidos corretamente.
5
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Erro com Janela Deslizante
a) Protocolo com retransmissão integral
Quadros descartados
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 EE 33 44 55 66 77 88 2 3 4 5 6 7 8 9
Intervalo de TIMEOUT
A2 A3 A6 A8
b) Protocolo com retransmissão seletiva
0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11 12
0 1 EE 3 4 5 6 7 8 2 33 44 55 66 9 10 11
Intervalo de TIMEOUT
Quadros bufferizados
Intervalo de TIMEOUT
Intervalo de TIMEOUT
A1 A2 A9 A10
Quadros descartados
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Fluxo
¾ Outro problema tratado pelo nível de enlace diz
respeito a situações onde o transmissor
sistematicamente envia quadros mais depressa que o
destinatário pode receber.
¾ A solução para essa situação é introduzir um
mecanismo de controle de fluxo para compatibilizar
as velocidades do transmissor e do receptor.
6
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Controle de Flu xo
¾ No protocolo de bit alternado, o próprio mecanismo
de retransmissão de quadros controla o fluxo, pois um
novo quadro só é enviado depois do receptor ter
processado o quadro anterior e enviado um
reconhecimento.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Janela Deslizante
¾ Nos protocolos com janela n maior que 1, o controle
do fluxo é feito com base em quadros especiais ou em
janelas de transmissão e recepção.
¾ O número máximo de quadros que o transmissor pode
enviar é determinado pela largura (T) de sua janela
de controle de fluxo. Após enviar T quadros sem
receber nenhuma atualização da janela, o transmissor
suspende o envio de dados, só voltando a fazê-lo após
receber uma resposta de controle que indica que o
receptor está pronto para processar novos quadros.
7
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Multiplexação da Conexão Física
¾ Finalmente, dado que uma estação tem o controle do
acesso ao meio físico, ela pode multiplexar entre
vários usuários do nível de rede (que interagem com
o nível de enlace através de SAPs de enlace), o
acesso à conexão física, ora enviando um quadro
provindo de um usuário do nível de rede, ora de
outro.
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Tipos de Serviço
¾ Como usual em todos as camadas do RM-OSI, a camada de
enlace pode oferecer ao nível de rede serviços orientados a
conexão e serviços não orientados a conexão.
¾ Dentre os serviços mais usuais podem ser destacados:
• Serviço sem conexão e sem reconhecimento (apenas
detecção de erros no nível de enlace): também conhecido
como serviço de datagrama não confiável.
• Serviço sem conexão e com reconhecimento (detecção e
correção de erros no nível de enlace): também conhecido
como serviço de datagrama confiável.
• Serviço com conexão (usualmente com controle de erro e
fluxo no enlace).
8
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Enlace
¾ Orientados a Caracter
• BSC - Binary Synchronous Comunication
¾ Orientados a Bit
• HDLC - High Level Data-Link Control
– LAP-B
– LAP-D
– LAP-M
– LLC
• SDLC - Syncronous Data Link Control (IBM)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
High Level Data-Link Control
¾ Transmissão Síncrona de Quadros
¾ Bit Stuffing
¾ Controle de Erro
• Deteção: CRC
• Correção: Retransmissão
¾ Controle de Fluxo
¾ Vários modos de operação
9
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Padrão IEEE 802.2
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.2
¾ O padrão IEEE 802.2 é um exemplo de protocolo
que, juntamente à subcamada MAC, implementa as
funções necessárias da camada de enlace.
¾ O padrão define como é realizado o controle de erro,
de fluxo e a multiplexação, de forma a realizar os
tipos de serviço orientados a conexão e sem conexão.
10
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camada de Controle de Enlace Lógico
IEEE 802.2
¾ Independência da camada MAC
¾ LSAPs
¾ Multiplexação
¾ Controle de erros e de fluxo
¾ Tipos de operação
¾ Classes de procedimentos
Logical Link
Control (LLC)
Medium Access
Control (MAC)
Physical Layer
(PHY)
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Camadas, Protocolos e Interfaces
Nív el
Superior
LLC
MAC
Físico
LLC
MAC
Físico
Protocolo LLC
Interface
LLC/Nív el Superior
Interface
LLC/MAC
Interface
LLC/MAC
Nív el
Superior
Interface
LLC/Nív el Superior
11
PUC-Rio / DI
TeleMídia
IEEE 802.2 - Multiplexação
MAC
Físico
MAC
Físico
( )( )( ) ( )( )
Endereço LLC
(SAP)
1 2 3
Usuário
1 2
Rede
Usuário
Usuário Usuário
Usuário
LLC LLC
Endereço MAC
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Formato da Unidade de Dados do
Protocolo LLC (PDU LLC)
8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits
DSAP SSAP Controle Dados
DSAP: endereço do ponto de acesso ao serv iço LLC destino
SSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC origem
12
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Especificação da Interface
LLC/Nível Superior
¾ Operação Tipo 1
• serviço semconexão e semreconhecimento
• transferências de dados ponto a ponto, entre grupos, ou por difusão
¾ Operação Tipo 2
• serviço orientado a conexão (controle de fluxo, sequenciação e
recuperação de erros)
• conexões ponto a ponto
¾ Operação Tipo 3 (Addendum 2)
• serviço sem conexão e co m reconhecimento (sequenciação e
recuperação de erros)
• conexões ponto a ponto
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Classes de Serviço IEEE 802.2
¾ Classe I
• Operação Tipo 1
¾ Classe II
• Operação Tipo 1 e Tipo 2
¾ Classe III
• Operação Tipo 1 e Tipo 3
¾ Classe IV
• Operação Tipo 1, 2 e 3
13
PUC-Rio / DI
TeleMídia
Serviço Sem Conexão e Sem Reconhecimento
Rede
LLC
MAC
FísicoMais conteúdos dessa disciplina
Exercícios Física Quântica- CJW - Take Your Time
- 1
- Prova de Medicina 2017/2
- casa-do-concurseiro
- Figuras históricas de países
- Simulados Geografia Concursos Publicos - Nivel Medio _ Concursos no Brasil
- Libro sobre resolución de Ecuaciones diferenciales
- Paso de coordenadas cartesianas a coordenadas polares
- Libro sobre resolución de Ecuaciones diferenciales
- Paso de coordenadas cartesianas a coordenadas polares
- PG281-3
- UTILIDADES_TURISTICAS_E_HOTELEIRAS
Conteúdos escolhidos para você
Perguntas dessa disciplina
Mais conteúdos dessa disciplina
- Exercícios Física Quântica
- CJW - Take Your Time
- 1
- Prova de Medicina 2017/2
- casa-do-concurseiro
- Figuras históricas de países
- Simulados Geografia Concursos Publicos - Nivel Medio _ Concursos no Brasil
- Libro sobre resolución de Ecuaciones diferenciales
- Paso de coordenadas cartesianas a coordenadas polares
- Libro sobre resolución de Ecuaciones diferenciales
- Paso de coordenadas cartesianas a coordenadas polares
- PG281-3
- UTILIDADES_TURISTICAS_E_HOTELEIRAS
