CAPÍTULO 15 - PROTOCOLOS ORIENTADOS A BIT

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CAPÍTULO XV - PROTOCOLOS ORIENTADOS A BIT
1. INTRODUÇÃO
	Existem dois protocolos que são largamente utilizados hoje em dia. Um deles é definido pela ISO, e chamado HIGH-LEVEL DATA LINK CONTROL (HDLC), e o outro foi especificado pela IBM sendo chamado de SYNCHRONOUS DATA LINK CONTROL (SDLC).
HDLC
	Pode ser usado em linhas ponto-a-ponto ou multiponto. Em geral, uma estação assume o STATUS de estação primária. Esta estação controla e supervisiona o fluxo de dados no LINK. Todas as outras estações do LINK são chamadas de estação secundária, e respondem aos comandos da estação primária. Somente a estação primária pode gerar comandos; enquanto as estações secundárias geram respostas.
	A figura 15.1 ilustra várias configurações de estações primária/secundária.
	O protocolo HDLC é um protocolo orientado a BIT; ou seja, as transmissões são baseadas em dados binários puros (e não caracteres).
2. ESTRUTURA DA MENSAGEM
	A mensagem transmitida entre duas estações, seguindo o protocolo HDLC, obedece à seguinte estrutura.
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	A esta estrutura denominamos, normalmente, quadro. Um quadro não necessariamente tem de possuir o campo de informação, podendo ser constituído apenas dos campos de FLAG-ENDEREÇO-CONTROLE-FCS e FLAG.
	Vamos agora resumir a função de cada campo que compõe um quadro.
CAMPO DE FLAG (F): Nos sistemas de transmissão orientados a caracter tínhamos caracteres de controle, que podiam identificar, por exemplo, o início de um cabeçalho (SOH), o início de um texto (STX), o fim de um texto (ETX), e assim por diante. Quando usamos um protocolo orientado a BIT, não temos caracteres separados, e devemos criar uma forma de identificar o início e o término da mensagem. Para isto utilizamos o campo de FLAG, que é um padrão único de BITS (01111110). Este campo além de indicar o início e o término da mensagem, é também utilizado como padrão de sincronismo de quadro.
	Neste ponto aparece um problema. Como o padrão 01111110 identifica o início e o fim da mensagem, imagine o que acontecerá se aparecer este padrão dentro da mensagem. O receptor, neste caso, detectaria um fim de mensagem falso, e perderia os dados. Para contornarmos este problema devemos garantir que este padrão não seja transmitido como parte integrante da informação, mas como fazê-lo? Uma maneira de viabilizar esta idéia é utilizarmos a técnica conhecida como inserção de zero. Nesta técnica o transmissor “olha” para os dados, que estão entre os FLAGS, e, sempre que detectar a presença de cinco 1s seguidos, insere um zero após o quinto 1 (por exemplo, as seqüências 111111 e 10111111 seriam transmitidas como 1011111 e 10011111 respectivamente). Obviamente, para recuperar a mensagem original, o receptor deve efetuar a operação inversa.
CAMPO DE ENDEREÇO (A): Este campo contém 8 BITS, e é utilizado para identificar a estação secundária que está envolvida na transferência dos dados.
CAMPO DE CONTROLE (C): O campo de controle é, normalmente, um campo de 8 BITS (podendo, em algumas implementações, assumir 16 BITS). Este campo possui o formato mostrado na figura a seguir.
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Figura 15.1
onde,
	N(S)( Número de seqüência da mensagem enviada pela transmissão.
	N(R)( Número de seqüência da mensagem recebida pela transmissão.
	S ( BIT com função de supervisão.
	M (	BIT com função de gerenciamento (modifier BIT).
	p/F (	BIT de POLL/FINAL.
QUADROS DE INFORMAÇÃO: O quadro de informação (QUADRO 1) é o único que pode ser utilizado para transferência de informação. Neste tipo de quadro os BITS do campo de controle possuem as seguintes funções:
	- N(S) e N(R) são contadores que identificam o número da mensagem enviada. Esses contadores são incrementados cada vez que um quadro de informação é transmitido (N(s) incrementado) o recebido (N(R) é incrementado).
	Cada estação secundária mantém seu contador N(S)/N(R) em relação às mensagens enviadas para e recebidas da estação primária. A estação primária, contudo, mantém um contador N(S)/N(R) separado, para cada estação secundária da linha.
	A função de N(R) é indicar à outra estação qual o número do quadro de informação que está sendo esperado. Assim, N(R) funciona como um 	reconhecimento, indicando que todos os quadros com numeração até N(R) - 1 foram recebidos corretamente.
	- BIT p/F: Este BIT é usado pela estação primária como um POLL (quando colocado na condição 1), para solicitar uma resposta da estação secundária. A resposta pode ser um único quadro ou se constituir de vários quadros, com um número máximo de 7 a 127, dependendo do campo de controle ter 8 ou 16 BITS.
	As estações secundárias geralmente usam o BIT p/F como um BIT de final (quando colocado em 1), para indicar o último quadro de uma seqüência de quadros.
QUADROS DE COMANDO E RESPOSTA
	Quadros de comando e resposta são usados para controlar o fluxo de dados na rede. Comandos só podem ser gerados pela estação primária, enquanto a estação secundária gera respostas. Existem duas classes de quadros de comando/resposta: Quadros de supervisão (S) e quadros não-numerados (U). Quadros de supervisão são utilizados para funções como reconhecimento de quadros I, requisição de retransmissões de quadros I, requisição de suspensão temporária de quadros I. Os quadros do tipo U não possuem informação de numeração, e nos fornece 5 BITS (modifiers) que podem ser usados para estender as funções de comando/resposta, nos dando até 32 funções adicionais.
	O comando básico é um POLL, que consiste de qualquer tipo de mensagem com p/F igual a 1. A estação secundária responderá com um ou mais quadro I, ou ainda, com um quadro de resposta. Esta estação deve, ainda, igualar o BIT de final ao BIT de POLL, ao terminar sua transmissão.
	Vamos agora descrever a função de cada BIT do campo de controle de um quadro de supervisão:
N(R): Utilizado para indicar a recepção correta de todos os quadros de informação até N(R) - 1.
p/F : Age como um POLL no caso de um comando e como um BIT de final no caso de resposta.
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RR: O quadro RR indica que a estação está pronta para receber quadros de informação.
REJ: O quadro REJ é usado para requisitar a retransmissão de quadros de informação, iniciando pelo quadro N(r).
RNR: Usado para indicar impossibilidade temporária de aceitar outros quadros de informação. Em outras palavras, RNR indica condição de ocupado.
SREJ:	Utilizado para solicitar a retransmissão de um quadro específico, cujo número é dado por N(r).
CAMPO DE INFORMAÇÃO
	Este campo pode ser de qualquer comprimento, e contém qualquer tipo de informação.
FCS - FRAME CHECK SEQUENCE
	Utilizado para detectar erro. Como o campo I é tratado como informação binária pura, usualmente FCS é gerado utilizando a técnica CRC.
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3. PRINCÍPIOS GERAIS DE TROCA DE DADOS
	Existem dois modos básicos de operação no protocolo HDLC: O modo de resposta normal (NRM), que é o mais usual, e o modo de resposta assíncrono (ARM).
	No modo NRM uma estação secundária só pode transmitir em resposta a um POLL, nunca podendo transmitir em outra circunstância. Já no modo ARM a estação secundária pode iniciar uma transmissão a qualquer instante, mesmo sem o POLL (mas ela sempre responderá a um POLL). É claro que isto pode resultar em uma situação de contenção e, portanto, devemos criar métodos de recuperação de dados para este caso.
	Uma variação do modo ARM é o modo de resposta assíncrono balanceado, ou simétrico, (ABRM). Neste caso ambas as estações de uma conexão ponto-a-ponto são estações primária e secundária. Assim, qualquer das duas estações pode iniciar uma transmissão, sem receber a permissão da outra. Este modo pode ser usado para au - entrar a eficiência em um LINK ponto-a-ponto FULL-DUPLEX.
	Passaremos agora a analisar algumas trocas de dados, sempre considerando o modo NRM (a menos que se diga o contrário).
TRANSFERÊNCIA DOS DADOS SOB HDLC
	Passaremosagora a mostrar alguns exemplos,, de troca de mensagens utilizando o protocolo HDLC.
	As mensagens estão identificadas nos diagramas na seguinte forma: Tipo, N(S), N(R), p/F.
TRANSFERÊNCIA DE DADOS PONTO-A-PONTO EM HALF-DUPLEX
	Embora o HDLC seja designado como um procedimento FULL-DUPLEX, ele pode ser utilizado no modo HALF-DUPLEX. O uso de HDLC, neste caso, permite que façamos a transmissão de vários blocos (sem reconhecimento) e, após, enviarmos um único reconhecimento para todos esses blocos. Isto traz uma grande redução no número de inversões necessárias na linha, e conseqüentemente permite um incremento na eficiência de transmissão.
	A figura a seguir mostra uma transmissão FULL-DUPLEX feita no modo-básico e sob HDLC, de forma a visualizarmos a diferença de desempenho.
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Figura 15.2
	Agora, mostramos o caso em que ocorre um erro na transmissão do bloco 1, causando a retransmissão dos blocos 1,2 e 3.
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Figura 15.3
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	Na próxima figura mostramos o envio de mensagens em ambos os sentidos. A estação primária envia dois blocos, setando o BIT de POLL no segundo bloco. Este fato faz com que a estação secundária inicie a transmissão. Ela então envia 3 blocos, setando o BIT de final no terceiro bloco, indicando que a estação secundária terminou a transmissão e, portanto, a primária pode retomá-la.
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Figura 15.4
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TRANSFERÊNCIA DE DADOS PONTO-A-PONTO FULL-DUPLEX
	Mostramos, na figura abaixo, o envio de mensagens de uma estação para outra (apenas uma envia mensagens) no modo FULL-DUPLEX. Na parte A da figura mostramos uma transmissão livre de erros, enquanto na parte B temos a ocorrência de um erro. Definimos, para o sistema do exemplo, que podemos transmitir no máximo 7 blocos sem um reconhecimento. Ainda, note que a transmissão se inicia após uma seqüência de POLL.
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Figura 15.5
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FLUXO DE DADOS NOS DOIS SENTIDOS SIMULTANEAMENTE (MODO RESPOSTA NORMAL)
	Se a estação secundária possui uma mensagem a enviar para a estação primária, ela pode fazê-lo ao mesmo tempo em que a estação primária está enviando dados, como mostrado na figura a seguir.
	Note, na figura, que N(S) e N(R) são constantemente incrementados. Em caso de ocorrência de erro, a seqüência mostrada na parte b da figura pode ser utilizada.
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Figura 15.6
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	Na figura anterior (parte b) mostramos a ocorrência de um erro durante a transmissão do bloco 1. Neste caso, quando a estação primária recebeu a mensagem REJ. 1 (indicando o erro no bloco) ela já havia transmitido o bloco 2, devendo assim retransmitir ambos os blocos. Uma forma de evitarmos a retransmissão desnecessária de blocos, em caso de erros, e utilizamos, como resposta, a mensagem de rejeição seletiva (SREJ), como mostrado na figura a seguir.
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Figura 15.7
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4. EFICIÊNCIA
	Se olharmos novamente para a figura 15.6(a) vemos que pode haver uma redução na eficiência de utilização do canal, utilizado para transmitir mensagens da estação secundária para a primária, quando o BIT de POLL é setado na mensagem de informação. Lembre-se que P deve ser “casado” com F antes do próximo POLL poder ser enviado. No exemplo, após a estação primária receber I,2,2,F, ela efetua um POLL com a secundária através de I,4,3,P. A estação secundária não envia dados até ter recebido esta mensagem, o que faz com que tenhamos um intervalo de tempo em que há ociosidade no canal utilizado para transmissão pela secundária. Este tempo é a combinação do tempo de transmissão da mensagem mais os atrasos da rede. Assim, se neste intervalo de tempo a estação secundária tiver dados para transmitir, estaremos dividindo a eficiência da rede.
	Nós podemos contornar este problema fazendo o POLL através de mensagens separadas (mais curtas). A figura a seguir mostra o POLL sendo efetuado por RR,3,P, após I,2,2,F ter sido recebido.
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Figura 15.8
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5. MODO DE RESPOSTA BALANCEADO ASSÍNCRONO (ABRM)
	Quando buscamos uma forma muito eficiente de transmissão dos dados em FULL-DUPLEX, podemos utilizar o modo ABNR. Neste modo, as estações são “divididas” em duas partes, de forma que cada estação é primária e secundária ao mesmo tempo. (A figura a seguir ilustra a idéia). Vale dizer que este modo só é utilizado em operações ponto-a-ponto.
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Figura
	Os contadores N(R) e N(S) trabalham normalmente, e as estações podem transmitir a qualquer instante, e nós desaparecemos com a ociosidade que podia acontecer nos modos anteriores. A figura a seguir ilustra uma transmissão sobre este modo, com ou sem erro.
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Figura 15.9
6. OPERAÇÃO MULTIPONTO SOBRE HDLC
	A natureza do protocolo HDLC permite uma implementação eficiente de operações em linha multiponto, uma vez que é possível a estação primária se comunicar com dois terminais ao mesmo tempo, transmitindo para um e recebendo do outro (em uma linha FULL DUPLEX, é óbvio). A figura a seguir nos dá um exemplo desta facilidade.
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Figura 15.10
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7. BIBLIOGRAFIA
1) HOUSLEY, Trevor. Data Communications and Teleprocessing Systems. Prentice-Hall, Inc. 	New Jersey.
2) KUO, Franklin F.. Protocols & Techniques for Data Communication Network. Prentice-Hall, Inc. 	New Jersey, 1981.
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