Nível de Enlace em Redes de Computadores

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Redes de Computadores
Prof. Rafael A. G. Lima
Aula 4 – Nível de Enlace
Conteúdo:
Prof. Rafael A. G. Lima
 Nível de Enlace
 Principais funções e exemplos;
 Protocolos de acesso ao meio.
 Padrão IEEE 802
 Principais funções e exemplos;
 Padrão Ethernet (IEEE 802.3);
 Padrão Wireless (IEEE 802.11);
Camada 2: Enlace (Link de Dados)
(pag. 132, ref. 3)
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 Responsável pela detecção de erros da camada física, podendo opcionalmente corrigir
os erros detectados.
 Efetua a entrega ordenada dos quadros.
 O nível de enlace vai assim converter um canal de transmissão não confiável em um canal
confiável para o uso do nível de rede.
 A técnica utilizada para conseguirmos isso é a partição de cadeia de bits a serem enviados
ao nível físico, em quadros, cada um contendo alguma forma de redundância para detecção
de erros.
 Função de criar e reconhecer os limites dos quadros.
 Em geral quase todos os protocolos de nível de enlace incluem bits de redundância em seus
quadros para detecção de erros, mas não a sua correção, uma vez que a detecção e
retransmissão requerem menos bits de redundância do que a correção.
 Outra questão tratada é a de como evitar que o transmissor envie ao receptor mais dados
do que este tem condições de processar. Esse problema é evitado com a utilização de algum
mecanismo de controle de fluxo que possibilita ao transmissor saber qual é o espaço
disponível no buffer do receptor em um dado momento.
 Ex.: Ethernet,Token Ring,ARP, PPP, Frame Relay,ATM, 802.11, Switch (layer 2)
Principais Funções do Nível de Enlace 
(pag. 160, ref. 3)
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 Delimitação dos quadros;
 Utiliza métodos para criar e reconhecer os limites dos 
quadros.
 Basicamente são usados quatro métodos:
 Contagem de caracteres;
 Um campo no cabeçalho informa o número de caracteres do quadro.
 Caracteres delimitadores;
 Sequências especiais de bits, denominadas flags;
 Exemplo: 0111110 como delimitador (protocolo HDLC).
 Violação de códigos do nível físico;
Principais Funções do Nível de Enlace 
(pag. 160, ref. 3)
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 Controle de fluxo;
 Utilização de janelas (protocolos de janela deslizante – sliding
windows).
 Controle de erros no enlace;
 Utiliza quadros especiais carregando avisos de reconhecimento
positivo ou negativo dos quadros recebidos.
 Utiliza temporizador para medir o intervalo de tempo.
 Os três procedimentos mais utilizados para controlar erros
são:
 Algoritmo de bit alternado (stop-and-wait)
 Janela n com retransmissão integral (go-back-n)
 Janela n com retransmissão seletiva (selective repeat)
Principais Funções do Nível de Enlace
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 Controle de acesso
 Mecanismo para gerenciar quem terá o direito de utilizar o meio de
transmissão.
 Tipos de serviços
 Sem conexão e sem reconhecimento (datagrama não confiável).
 Apropriado às redes onde a taxa de erros no nível físico é muito baixa.
 Serviço sem conexão com reconhecimento:
 Serviço sem conexão pois o tempo de estabelecimento de conexão é
significativo em relação ao tempo efetivo de transmissão. Nesse tipo de
serviço, o receptor responde ao transmissor enviando quadros de
reconhecimento positivo ou de reconhecimento negativo
(quando são quadros recebidos com erro).
 Serviço orientado à conexão:
 Garante que os quadros transmitidos são entregues ao receptor sem
erros e na ordem em que foram enviados.
Exemplos de funcionamento de protocolos 
de Enlace
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 Definições
 Utopia
 Pára e espera (stop-and-wait)
 Janela deslizante
 Retransmissão integral (go-back-n)
 Retransmissão seletiva (selective repeat)
Go-back-n
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 RX ignora todos os quadros recebidos após quadro c/ 
erro.
 RX confirma somente os quadros recebidos 
corretamente na sequencia.
 TX temporiza o primeiro quadro não confirmado. 
Retransmite este os todos os quadros posteriores.
Transmissão Seletiva
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 RX armazena quadros recebidos corretamente (aceita 
recepção fora de ordem)
 TX temporiza o quadro recebido com erro e o 
retransmite.
 Apenas o quadro recebido com erro é retransmitido.
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Go-back-n
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Retransmissão Seletiva
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Retransmissão Seletiva
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O ACK 5 já confirma todos os quadros até o Quadro 5.
Explicação Retransmissão Seletiva
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 Os quadros 0 e 1 são recebidos e confirmados corretamente, e o quadro 2
é perdido. Quando o quadro 3 chega ao receptor, a camada de enlace de
dados do receptor percebe que perdeu um quadro e envia de volta um
NAK (No AcKnowledge), correspondente ao quadro 2, mas armazena
no buffer o quadro 3. Quando os quadros 4 e 5 chegam, eles também são
inseridos no buffer pela camada de enlace de dados, em vez de serem
repassados à camada de rede.
 Eventualmente, o NAK do quadro 2 volta ao transmissor, que retransmite
de imediato o quadro 2. Quando esse quadro chega, a camada de enlace de
dados fica com os quadros 2, 3, 4 e 5, e pode repassar todos à camada de
rede na ordem correta. Ela também pode confirmar todos os quadros até o
quadro 5, inclusive, como mostra a figura. Se o NAK se perder, o
transmissor chegará ao timeout correspondente ao quadro 2 e o enviará (e
apenas esse quadro) por sua própria iniciativa, mas isso pode acontecer um
pouco mais tarde. Na realidade, o NAK acelera a retransmissão de um
quadro específico.
Padrão IEEE 802 (pag. 140, ref. 3)
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 Desenvolvimento pela IEEE (Institure of Electrical and
Eletronics Engineers)
 Os protocolos IEEE 802 correspondem à camada Física
e à camada de Enlace de dados do modelo OSI.
 Foi definido uma arquitetura de 3 camadas.
Padrão IEEE 802
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Padrão IEEE 802
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 Para entender esse modelo devemos observar que as funções
de comunicação mínimas e essenciais de uma rede local
correspondem aos níveis 1 e 2 do modelo OSI.
1. Fornecer um ou mais SAPs (Service Access Point) para os
usuários da rede. (LLC)
2. Na transmissão, montar os dados a serem transmitidos em
quadros com campos de endereço e detecção de erros.
(MAC)
3. Na recepção, desmontar os quadros, efetuando o
reconhecimento de endereço e detecção de erros. (MAC)
4. Gerenciar a comunicação no enlace. (MAC)
Camadas do padrão IEEE 802
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 Camada LLC
 A camada LLC especifica os mecanismos para a primeira
função e as subfunções a ela relacionadas que contém:
 Multiplexação do acesso ao meio físico (SAPs);
 Controle de erro;
 Controle de fluxo;
 Definição de diferentes classes de serviços.
 O protocolo HDLC (high-level data link control) é a base
para operação e formato deste padrão.
Camadas do padrão IEEE 802
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 Camada MAC
 A camada MAC especifica os mecanismos para as outras
3 funções que contém:
 Permite que os dispositivos compartilhem a capacidade de
transmissão de uma rede.
 Detecção de colisões.
 Mantém uma tabela dos endereços físicos dos dispositivos.
Cada dispositivo será atribuído e deverá ter um endereço
MAC exclusivo se o dispositivo for participar da rede.
Camadas do padrão IEEE 802
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 Camada Física
 Funções associadas ao nível físico como:
 Características físicas, elétricas e mecânicas.
 Codificação/decodificação de sinais.
Camadas do padrão IEEE 802
Prof. Rafael A. G. Lima A IEEE 802 apresenta várias opções de MAC, associadas a 
vários meios físicos, como:
Alguns padrões 802.x
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 802.2: Atua no LLC. Padrão de enlace de dados
demarcando como a conectividade básica de dados.
Usado com os padrões IEEE 802.3, 802.4 e 802.5
 802.3: CSMA/CD, especifica a sintaxe e semântica MAC e
também a camada Física.
 802.4: Especificações do método de acesso TokenBus da
camada física.
 802.5: Especificações do método de acesso TokenRing da
camada física.
Alguns padrões 802.x
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 802.2: Atua no LLC. Padrão de enlace de dados
demarcando como a conectividade básica de dados.
Usado com os padrões IEEE 802.3, 802.4 e 802.5
 802.3: CSMA/CD, especifica a sintaxe e semântica MAC e
também a camada Física.
 802.4: Especificações do método de acesso TokenBus da
camada física.
 802.5: Especificações do método de acesso TokenRing da
camada física.
Alguns padrões 802.x
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 802.11a: Frequência de 5 GHz e taxa de 54 Mbps. Este 
padrão não foi muito bem aceito no mercado pois não é 
compatível com os padrões 802.11b e b+
 802.11b: Taxas de transmissão de 11 e 5,5 Mbps
 802.11b+: Taxas de transmissão de 22 Mbps
 802.11g: Frequência de 2,4 GHz e taxas de transmissão 
de 54 Mbps
 802.11g+: Frequência de 2,4 GHz e taxas de transmissão 
de 108 Mbps
 802.11n: Frequência de 2,4 GHz e/ou 5 Ghz e taxas de 
transmissão de 65 Mbps à 300 Mbps
Padrões de Arquiteturas de Redes
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 TOKEN RING – Arquitetura baseada em anel e utiliza um
token passagem dos quadros de dados.
 FDDI – Arquitetura em anel fibra ótica, usando fibra ótica
em um anel duplo de segurança e utiliza também o token
para passagem dos quadros de dados.
 Ethernet – Arquitetura que define o cabeamento e sinais
elétricos para a camada física, o formato dos dados e
protocolos para a camada de controle de acesso ao meio
(MAC).
Padrão Ethernet
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 Padrão que nasceu junto com a padronização do IEEE
802.x.
 Foi desenvolvida em 1971 pela Universidade do Hawai
com chancela da Xerox, por Robert Metcalfe.
 Metcalfe saiu da Xerox, criou a 3Com e convenceu a
Intel, Dec e a própria Xerox à aperfeiçoar o padrão
Ethernet.
Padrão Ethernet
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 Quem propiciou o crescimento do padrão Ethernet foi
seu protocolo de controle e acesso ao meio.
 O protocolo foi denominado CSMA/CD (Carrir Sense
Multiple Access, with Collision Detection).
 Esse padrão evoluiu de uma taxa de 2,94 Mbps até 10
Mbps.
 Pode ser implementado pela topologia barramento ou
estrela.
Padrão Ethernet
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 Funções:
 Camada física:
 Transmite os quadros entregues pela camada MAC usando o
método CSMA/CD.
 Define ainda como os dados são transmitidos através do
cabeamento da rede e o formato dos conectores usado nas
placas de rede.
Evolução Padrão Ethernet
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 O padrão Ethernet evoluiu com o tempo conforme as 
suas taxas de transmissão:
 Fast Ethernet – 100 Mbps
 Gigabit Ethernet – 1 Gbps
 10 Gigabit Ethernet – 10 Gbps
 Consequentemente os meios de transmissão também 
evoluíram.
CSMA/CD
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 Todos os micros compartilham o mesmo cabo,
independentemente da topologia usada.
 Significa que quando o cabo está sendo usado, nenhuma
outra máquina poderá usá-lo ao mesmo tempo.
 Numa rede Ethernet quem faz essa verificação é a placa
de rede. Daí o nome Carrier Sense (detecção de
portadora).
CSMA/CD
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 Como não existe prioridade (Multiple Access – Acesso
Múltiplo), pode acontecer de duas placas perceberem o
cabo livre e começar a transmissão acontecendo a
colisão.
 Quando ocorre uma colisão, todas as placas de rede
param de transmitir e esperam um período de tempo
aleatório, e tenta a retransmissão. Por isso a sigla CD
(Collision Detection).
CSMA/CD
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 Quanto mais máquinas na rede, maior a probabilidade de
ocorrerem colisões, degradando a rede.
 O termo colisão não representa algo errado, mas é
inerente do processo pois faz parte do funcionamento do
protocolo CSMA/CD.
CSMA/CD
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 Em redes pequenas essas retransmissões acontecem em
alguns microsegundos.
 Quando os dados são transmitidos, todas as máquinas
recebem esse quadro ao mesmo tempo, mas só quem
possuir o endereço MAC de destino receberá a
informação.
Exercícios p/ próxima aula
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 Pesquisar a diferença entre os protocolos de acesso ao 
meio:
 CSMA/CD e CSMA/CA.
 Pesquisar algumas diferenças entre os padrões:
 Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet.
 Pesquisar sobre os protocolos HDLC e PPP.