Camada enlace

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE 
CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Redes de computadores
Fevereiro de 2014
Felipe Atourassap (faspmg@gmail.com)
Referências
 Básicas
 ROSS, Keith W.; KUROSE, James F. Redes de Computadores e a 
Internet: uma nova abordagem. Addison-Wesley Bra, 2005, 3 ed. 
ISBN: 8588639181
 TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro, 
Editora Campus, 2003, 4 ed. ISBN: 8535211853
 TORRES, Gabriel. Rede de Computadores: curso completo. Editora 
Axcel Books. 2 Edição. 2006
 Complementares
 PETERSON, Larry L.; PETERSON, Bruce S. Redes de Computadores: 
uma abordagem de sistemas. Rio de Janeiro, Editora Campus, 2004, 3 
ed. ISBN: 8535213805
 SOARES, Luiz Fernando Gomes. Redes de computadores: das LANs, 
MANs e WANs às redes ATM. Rio de Janeiro: Campus, 1995.
 MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes de Computadores: 
fundamentos. Editora Érica, 2004. ISBN: 8536500433
 PALMA, Luciano. GUIA DE CONSULTA RÁPIDA TCP/IP. Novatec, 2011. 
 WIRTH, Almir. Internet e Redes de Computadores: utilizando na 
prática. Alta-Books, 2002, ISBN: 858874533X
2
Curso: Sistemas de informação - Disciplina: Redes de computadores - Professor: Felipe Atourassap
Camada de enlace de dados
3
 Funções da camada de enlace
 Fornecer uma interface de serviço bem definida à camada de rede
 Lidar com erros de transmissão
 Regular o fluxo de dados
 O que isto significa? 
 Garante que as mensagens sejam entregues ao dispositivo 
apropriado em uma LAN usando endereços de hardware e 
mensagens traduz a partir da camada de rede em bits para a 
camada física para transmitir.
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Camada de enlace de dados
4
 Formatos a mensagem em pedaços
 Chamado de quadro de dados ou Frames
 Cabeçalho contém: 
 Destino e o endereço de hardware de fonte
 Media Access Control (MAC) 
 Define como os pacotes são colocados no meio
 "primeiro a chegar / primeiro a ser servido“
 Logical Link Control (LLC) 
 Responsável pela identificação de protocolos da camada de 
rede 
 Um cabeçalho LLC diz a camada de enlace de dados o que fazer 
com um pacote de uma vez por quadro é recebido
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Projeto 802
5
 Uma das principais componentes da camada de Enalce é 
o resultado de 802 do IEEE subcomitês e seu trabalho 
sobre as normas para redes locais e metropolitanas 
(LANs / MANs). A comissão reuniu-se em fevereiro de 
1980, por isso eles usaram o "80" a partir de 1980 e o 
"2" a partir do segundo mês de criar o nome de projeto 
802. A designação para um padrão 802 inclui sempre 
um ponto (.) seguido de uma única ou de um de dois 
dígitos. Esses dígitos numéricos especificar 
determinadas categorias dentro do padrão 802
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Projeto 802
6 Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Nome Descrição
IEEE 802.1
Bridging (networking) and Network 
Management
IEEE 802.2 LLC
IEEE 802.3 Ethernet
IEEE 802.4 Token bus
IEEE 802.5
Defines the MAC layer for a Token 
Ring
IEEE 802.6 MANs (DQDB)
IEEE 802.7
Broadband LAN using Coaxial 
Cable
IEEE 802.8 Fiber Optic TAG
IEEE 802.9
Integrated Services LAN (ISLAN or 
isoEthernet)
IEEE 802.10 Interoperable LAN Security
IEEE 802.11 
a/b/g/n
Wireless LAN (WLAN) & Mesh (Wi-
Fi certification)
IEEE 802.12 100BaseVG
IEEE 802.13 Unused
IEEE 802.14 Cable modems
IEEE 802.15 Wireless PAN
IEEE 802.15.1 Bluetooth certification
IEEE 802.15.2
IEEE 802.15 and IEEE 
802.11 coexistence
IEEE 802.15.3
High-Rate wireless PAN (e.g., UWB, 
etc)
IEEE 802.15.4
Low-Rate wireless PAN (e.g., Zig 
Bee, Wireless HART, MiWi, etc.)
IEEE 802.15.5 Mesh networking for WPAN
IEEE 802.15.6 Body area network
IEEE 802.16 WiMAX
IEEE 802.16.1
Local Multipoint Distribution
Service
IEEE 802.17 Resilient packet ring
IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG
IEEE 802.19 Coexistence TAG
IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access
IEEE 802.21 Media Independent Handoff
IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network
IEEE 802.23 Emergency Services Working Group
IEEE 802.24 Smart Grid TAG
IEEE 802.25 Omni-Range Area Network
Camada de enlace de dados
7
 A camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um 
datagrama de um nó para o nó adjacente sobre um enlace.
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Camada de enlace de dados
8
 Comunicar dados significa Comunicar dados significa::
 Sincronizar quadros: reconhecer os quadros (PDUs) dentro 
das sequências de bits
 Controlar fluxo de quadros: evitar enviar mais quadros que 
o destinatário pode receber
 Controlar erros: detectar e tratar erros em quadros
 Endereçar os equipamentos: identificar o destinatário em 
enlace multiponto
 Gerenciar o enlace: iniciar, manter e terminar enlaces
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Camada de enlace de dados
9
 Protocol Data Unit (PDU): é a Unidade de transmissão é 
o quadro genérico
 Sync: informações para sincronizar dados
 Header (cabeçalho): informações de controle 
 Payload (carga de dados): dados transportados 
 Trailer: informação de controle adicional 
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Sync Header Payload Trailer
Serviços da camada de enlace
10
 Encapsulamento/desencapsulamento
 Frames ou quadros
 Endereçamento
 Recebe o nome de endereço físico (MAC)
 Controle de erros
 Controle de fluxo
 Controle de acesso ao meio
 Método para envio de frames
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Padrões Ethernet
11
 Coaxial (Padrões originais)
 10BASE5
 Distância 500 metros
 10BASE2
 Distância 200 metros (real 185m)
 Uso do protocolo CSMA/DC
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Padrões Ethernet
12
 Tipos mais comuns de Ethernet atuais
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Nome 
comum
Velocidade Nome do padrão Nome IEEE
Tipo de cabo / 
extensão M
Ethernet 10 Mbps 10 BASE-T IEEE 802.3 Cobre, 100m
Fast Ethernet 100 Mbps 100 BASE-TX IEEE 802.3u Cobre, 100m
Gigabit 
Ethernet
1000 Mbps
1000 BASE-LX
1000 BASE-SX
IEEE 802.3z
Fibra, 550m (SX) 
e 5km (LX)
Gigabit 
Ethernet 
1000 Mbps 1000 BASE-T IEEE 802.3ab 100m
Padrões Ethernet
13
 Cabeamento 10BASE-T e 100BASE-TX
 Placas Ethernets
 Enviam os dados por meio do pinos 1 e 2 (par 3)
 Recebem os dados por meio dos pinos 3 e 6 (par 2)
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Padrões Ethernet
14
 Pares de pinos usados por 10BASE-T e 100BASE-TX
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Dispositivos que transmitem em 1 e 
2 (par3) e transmitem em 3 e 6 (par2)
Dispositivos que transmitem em 3 
e 6 e recebem em 1 e 2
Placas de redes para pc Hubs
Roteadores Switchs
Ponto de acesso wireless
Impressora de rede
Padrões Ethernet
15
 Cabeamento 1000BASE-T
 Faz uso dos 4 pares 
 Auto-mdix
 Reconhece a pinagem errada e 
reajusta a lógica do hardware e faz
o cabo funcionar1000BASE-T
10BASE-T OU 100BASE-TX
HUBs e SWITCHs
16
 Hub
 Repetidor de sinal com múltiplas portas
 Simplesmente regenera o sinal e não o amplifica
 Não interpretam o que os bits significam
 Opera no nível da camada 1
 Uso do barramento
 Half-duplex
 Gera um domínio de colisão
 Switch
 Interpretam os bits do frame (consulta o cabeçalho)
 Opera no nível da camada 2
Serviços da camada de enlace
17
 Serviço sem conexão e sem confirmação
 Serviço sem conexão e com confirmação
 Serviço orientado a conexão com confirmação
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Serviços sem conexão e sem confirmação
18
 Nenhuma conexão lógica é estabelecida
Há perda ou a entrega bem sucedida não são 
comunicadas
 Não há feedback
Uso: 
 Canal com baixa taxa de erro 
 Serviço em tempo real
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Serviço sem conexão e sem confirmação
19 Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Máquina A Máquina B
T
e
m
p
o
1
12
23
34
Serviços sem conexão e com confirmação
20
 Não há conexão lógica estabelecida
 Cada frame é confirmado
 Há feedback
Uso: 
 Canais não confiáveis (wireless) 
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Serviço sem conexão e com confirmação
21 Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Máquina A Máquina B
T
e
m
p
o
1
12
3
34
2
1
1
Cadê a confirmação do B para o pacote 2?
342
3
Serviços orientados a conexão com 
confirmação
22
Há sessão estabelecida antes dos dados serem 
transmitidos
 Confirmação do recebimento de cada frame
Divida em três fases
 Conexão estabelecida
 Frames transmitidos
 Conexão desfeita
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Serviço sem conexão e com confirmação
23 Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Máquina A Máquina B
T
e
m
p
o
Solicitação de conexão
Confirmação da solicitação
Dados
Confirmação dos dados
Finalização da conexão
Confirmação da finalização
Detecção e correção de erros
24
 Tipos de erros
 Erros isolados
 É modificado um único bit por vez na sequência de dados
 Rajada de erros
 Dois ou mais bits de sequência de dados são corrompidos
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Detecção e correção de erros
25
 Redundância
 Duplicidade da informação enviada
 Quaisquer discrepância é sinal de erro
 Extremamente lento
 Criação do hash
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Detecção e correção de erros
26
 Verificando o que é de fato um erro:
 m = bits de dados 
 r = bits redundantes ou de verificação
 n = palavra código n=m+r (tamanho total)
 Uso do OR exclusivo
10001001  linha de dados
10110001  linha de redundância
00111000  Resultado (três bits divergentes) 
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Detecção e correção de erros
27
 Técnicas abordadas para a verificação de erros
 Verificações de paridades
 Método de soma e verificação
 Verificação de redundância cíclica
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Verificação de paridade
28
 É um dos mecanismos mais simples para detecção de 
erros
 A cada sequencia de dados é acrescentado um bit 
 Paridade par usada em comunicações assíncronas
 01100111 será acrescentado um bit com o valor 1
 01100111 1
 Paridade ímpar usada para comunicações síncronas
 01100111 será acrescentado um bit com o valor 0
 01100111 0
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Verificação de paridade
29
 Exemplo: 
 Envio da palavra world
1110111 1101111 1110010 1101100 1100100
W O R L D
11101110 11011110 11100100 11011000 11001001
 Detecta todos os erros isolados?
 Detecta todos as rajadas de erros?
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Verificação de paridade
30
 Exemplo: 
 Envio da palavra world
w o r l d
1110111 – 1101111 – 1110010 – 1101100 - 1100100
1000001 – 1000010 – 1000100 – 1000111 - 1001000
A B D G H
 Detecta todos os erros isolados?
 Detecta todos as rajadas de erros?
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Verificação de paridade
31
 Generalização Bidimensional do esquema de paridade 
de bit único
 Os d bits de D são divididos em i linhas e j colunas
 Um valor de paridade é calculado para cada linha e para 
cada coluna
 Em caso de erro em um bit, o receptor pode detectar e corrigir 
aquele erro
 Capacidade do receptor de detectar e corrigir erros FEC 
(forward error correction)
10101 1 10101 1
11110 0 10110 0
01110 1 01110 1
00101 0 00101 0
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Paridade da linha
P
a
ri
d
a
d
e
 d
a
 c
o
lu
n
a
Método de soma e verificação
32
 Os d bits de dados são tratados como uma sequência 
de números inteiros de k bits.
 Somar os inteiros de k bits e usar o total resultante 
como bits de detecção de erros
 A soma de verificação da Internet é baseada nessa 
abordagem
 Determinar se os bits dentro do segmento foram 
alterados
 O complemento de 1 dessa soma forma a soma de 
verificação da Internet e é adicionada ao cabeçalho do 
segmento
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Método de soma e verificação
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 Processo: O remetente realiza o complemento de 1 da soma de 
todas as palavras de 16 bits, levando em conta o “vai um” em 
toda a soma
 O resultado é adicionado no campo de soma de verificação no segmento
 Exemplo: suponha que tenhamos três palavras de 16 bits
0110011001100000 1ª palavra
0101010101010101 2ª palavra
1000111100001100 3ª palavra
 A soma das duas primeiras palavras de 16 bits é:
10001000100000001ª Palavra
0110011001100000 1ª Palavra
0101010101010101 2ª Palavra
1011101110110101 Resultado
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Método de soma e verificação
34
 Adicionando a terceira palavra à soma, temos:
0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Resultado
1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 Subtotalm
1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 3ª Palavra
0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 Resultado
 Como teve o “vai um” no bit mais significativo, então é feita a soma 
ao bit menos significativo: 
1 (Vai 1)
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 Resultado
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 Resultado
 O complemento de 1 é obtido pela conversão de todos os 0‟s em 1‟s 
e de todos os 1‟s em 0‟s.
 0100011011000010  1011100100111101 soma de verificação
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadoresProfessor: Felipe Atourassap
Vai 1
Método de soma e verificação
35
 No destinatário todas as quatro inclusive a Soma de 
Verificação são somadas
 Se um dos bits for 0 significa que houve erro
 A soma de verificação do destinatário deve dar
 1111111111111111
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 – Resultado mmmmm
1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 – Soma de verificação
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - mmmmmmmmm
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
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Verificação de redundância cíclica
36
 Código de verificação de redundância cíclica (Cyclic
Redundancy Check – CRC) também conhecida como 
códigos polinomiais
 Técnica largamente utilizada na prática
 Funcionamento
 Exigência: o bit mais significativo (da extrema esquerda) de G 
deve ser 1
 d + r bits resultantes devem ser divisíveis por G, usando 
aritmética de módulo 2 (sem “vai um” nas adições e nem 
“empresta um” nas subtrações) é equivalente à operação ou 
exclusivo (XOR)
 Se o resto diferente de zero, ocorreu um erro!
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Verificação de redundância cíclica
37
 D = 110101 – dados a ser enviados
 R = 3 – bits adicionais a ser colocados em D
 G = 1001
 Gerador acordo entre remetente e destinatário
 Bit mais significativo seja 1
 T = 110101011
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Verificação de redundância cíclica
38
 Recebe T’ = 110101011
 Dividi T’ por G (1001)
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Atividade I
39
Curso: Sistemas de informação - Disciplina: Redes de computadores - Professor: Felipe Atourassap
Controle de fluxo
40
 Controla o volume de dados que podem ser enviados 
antes de receber um ack (acknowledgment)
 Receptor
 Velocidade de processamento limitada
 Memória para alocação dos dados de entrada
 Informar ao transmissor que o limite da capacidade está 
próximo 
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erros
41
 Permite ao receptor informar ao transmissor sobre 
quais frames perdidos ou corrompidos 
 Controle de erros implementados na camada de Enlace são 
os mais simples
 ARQ (Automatic Repeat Request)
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Mecanismos de controle de fluxo e erro
42
 Stop-and-Wait ARQ
 Go-Back-N ARQ
 Selective-Repeat ARQ
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
43
 Stop-and-Wait ARQ
 Transmissor mantém cópia do último frame transmitido 
até receber a confirmação
 Transmissor possui variável “s” para saber qual frame 
deverá ser enviado
 Receptor possui variável “r” para saber qual frame deverá 
receber
 Tempo para recebimento do ack
 Após um “tempo”, o frame, sem confirmação é enviado novamente
 Frame perdido ou corrompido
 ACKs somente para frames recebidos e aceitos 
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
44
 Stop-and-Wait ARQ
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
45
 Stop-and-Wait ARQ
 Perda de frame
 Perda do ack
 Delay do ack
 Piggybacking
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
46
 Go-Back-N ARQ
 Múltiplos envios de frames antes da resposta ack
 Transmissor mantém cópia de todos os frames enviados
 Sequência de números 
 Os frames são numerados sequencialmente
 Baseado no princípio de janela deslizante
 Transmissão e recepção
 Na ausência de erros faz confirmação positiva
 Envia número do próximo quadro a ser recebido (ACK)
 Na presença de erros aguarda novo frame
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
47
 Go-Back-N ARQ
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
48
 Selective-Repeat ARQ
 O Go-Back-N simplifica demais o recebimento
 Uso de uma única variável – dispensa do buffer
 Mais eficiente em meio ruidoso
 Mais complexo 
 Aceita frames desordenados
 Uso do NAK (Negative Acknowdgment)
 Receptor número do frame danificado
 Descarta (rejeita) apenas os quadros com erro
 Quadros corretos subsequentes a um quadro com erro (ou 
perdido) são aceitos
Curso: Sistemas de informação
Disciplina: Redes de computadores
Professor: Felipe Atourassap
Controle de erro
49
 Selective-Repeat ARQ