Aula 05 Protocolos de redes

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Protocolos de Redes e de Computadores 
AULA 05 
CCT0300 – PROTOCOLOS DE REDES E DE COMPUTADORES 
Aula 05 
Protocolos de Redes e de Computadores 
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Objetivo 
O aluno deverá ser capaz de: 
• Diferenciar os protocolos de enlace broadcast dos protocolos de enlace ponto a 
ponto; 
• Compreender as características do encapsulamento utilizado no transporte de 
dados em redes de longas distâncias; 
• Entender a necessidade de mecanismos apurados de controle e correção de erros 
em redes de longa distância; 
• Conhecer modos de autenticação PAP e CHAP; 
• Conhecer o formato e estrutura do quadro PPP e HDLC; 
• Desenvolver habilidades na interconexão interfaces WAN de roteadores. 
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Objetivo 
Conteúdo 
• 3.6.Protocolos de WAN ( ponto a ponto ); 
• 3.6,1 PPP (Point to Point Protocol ); 
• 3.6.2 HDLC ( High Level Data Link Control ). 
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Introdução a WANs 
Introdução a Wide Area Networks 
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O quê é uma WAN? 
 WAN é uma rede de comunicação de dados que funciona 
além do escopo geográfico de uma rede local. 
o São compilações das leis régias em vigor no País. Buscavam 
sistematização dos diplomas jurídicos 
o dos reinados sucessivos. 
o São três os principais: Ordenações Afonsinas (meados do Século XV, Ordenações Manuelinas 
(primeira edição em 1512/1513); Ordenações Filipinas (impressa em 1603). 
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 WAN é uma rede de comunicação de dados que funciona além do escopo 
geográfico de uma rede local. 
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A empresa em evolução 
 Na medida em que as empresas crescem, elas contratam mais funcionários, abrem filiais 
e atingem mercados globais. 
 Essas alterações também influenciam seus requisitos de serviços integrados e orientam 
seus requisitos de rede. 
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O Modelo de Rede em Evolução 
 Na medida que a rede cresce, o modelo de design hierárquico deve crescer com ele. 
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O Modelo de Rede em Evolução 
 Na medida que a rede cresce, o modelo de design hierárquico deve crescer com ele. 
Políticas para agregar o 
tráfego WAN. 
Comutação Rápida, disponibilidade, 
escalabilidade. 
Acesso de usuário para 
dispostivos na rede. 
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O Modelo de Rede em Evolução 
 Arquiteturas Corporativas Cisco: 
o Empresas diferentes precisam de tipos de redes distintos. 
o É muito comum que as redes cresçam de maneira desordenada na medida em que novos 
componentes são adicionados em resposta a necessidades imediatas. 
o Como a rede é uma mistura de tecnologias mais novas e mais antigas, ela pode ser difícil de 
suportar e manter. 
o A Arquitetura Corporativa Cisco foi projetada para fornecer a projetistas de rede um roteiro 
para a expansão da rede à medida que a empresa passa por estágios diferentes. 
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O Modelo de Rede em Evolução 
 Arquiteturas Corporativas Cisco: 
 Consiste em módulos. 
 Cada módulo tem uma infra-estrutura de rede distinta, com serviços e aplicações de rede que 
se estendem ao longo dos módulos. 
o Arquitetura de Campus corporativa 
o Arquitetura de Filial corporativa 
o Arquitetura da Central de Dados corporativa 
o Arquitetura de funcionário remoto corporativa 
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O Modelo de Rede em Evolução 
 Arquiteturas Corporativas Cisco: 
Mais informações na página 
da Cisco. 
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Conceitos da Camada de Enlace de Dados WAN 
 PSC: 
 Outra protocolo da camada de enlace é o Multiprotocol Label Switching (MPLS). 
 MPLS é cada vez mais utilizados por prestadores de serviços para fornecer uma solução 
econômica para realizar comutação de circuitos, bem como o tráfego de rede de pacotes 
comutados. 
 Pode funcionar sobre qualquer infra-estrutura existente, como IP, Frame Relay, ATM, ou 
Ethernet. 
 Fica entre Layer 2 e 3 e às vezes é referido como um protocolo de camada de 2,5. 
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Conceitos da Camada de Enlace de Dados WAN 
 Protocolos da camada de enlace de dados definem como os dados são encapsulados para 
transmissão em sites remotos. 
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Conceitos da Camada de Enlace de Dados WAN 
 Uma série de tecnologias para o transporte de dados existe. 
 Enquanto o encapsulamento varia com a tecnologia, use o padrão ISO HDLC ou uma 
modificação dela. 
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Encapsulamento WAN 
 Protocolos de Camada de Enlace: Como o dado é encapsulado. 
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Encapsulamento WAN 
 A escolha do protocolo de encapsulamento depende da tecnologia WAN ou do 
equipamento 
o Maior parte dos protocolos de quadros baseia-se no padrão HDLC. 
o Os dados são encapsulados com algum tipo de informações de cabeçalho e um campo FCS. 
o Todo o quadro é então encapsulado com Campo Flag para para indicar o início e o fim do 
quadro. 
HEADER DATA FCS FLAG FLAG 
É importante notar que a maioria dos fornecedores (Incluído Cisco) usam sua própria versão 
proprietária do HDLC em links HDLC entre os seus próprios produtos. 
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Encapsulamento WAN 
 Examinando o quadro: 
O quadro sempre começa e termina com um campo de flag de 8 bits para indicar 
o ínicio e o fim do quadro. O padrão de bits é 01111110. (0x7E) 
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Encapsulamento WAN 
 Examinando o quadro: 
O campo de endereço não é necessário para links de WAN, dependendo da 
tecnologia. O campo de endereço continua presente, podendo ter 1 ou 2 bytes. 
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Encapsulamento WAN 
 Examinando o quadro: 
O campo de endereço não é necessário para links de WAN, dependendo da 
tecnologia. O campo de endereço continua presente, podendo ter 1 ou 2 bytes. 
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Encapsulamento WAN 
 Examinando o quadro: 
o O campo endereço e controle carrega as informações do cabeçalho do frame HDLC padrão. 
o Ambos PPP e Cisco HDLC adiciona o campo Protocolo no cabeçalho para identificar o 
protocolo de camada 3 do dado encapsulado. 
o Cisco HDLC apenas comunica com Cisco HDLC….. 
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Opções de conexão de link WAN 
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Opções de Conexão de Link WAN 
 Rede Dedicada ou Linha alugada são de implementações mais simples. 
 Um link dedicado ponto-a-ponto é fornecido pelo vendedor. 
 Largura de banda é garantida entre os pontos finais. 
 As linhas alugadas são também utilizadas para conectar o assinante ao vendedor para 
fazer uso de outras tecnologias. Uma vez que a conexão é feita, as outras opções entram 
em jogo. 
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Opções de Conexão de Link WAN 
 Comutados os links de comunicação podem ser ligadas por comutados por circuito ou 
comutados por pacote. 
 Comutado por Circuito: 
PSTN 
ISDN 
 Comutado por Pacote : 
Frame Relay 
X.25 
ATM 
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Opções de Conexão de Link WAN 
 Pública:As conexões públicas utilizam a 
infra-estrutura de Internet global. 
 Até o desenvolvimento da tecnologia 
VPN, a Internet não era uma opção de 
conexão viável. 
As questõesde segurança impediram a sua utilização. 
 A Internet agora é uma opção barata e 
segura para conexão de trabalhadores 
remotos e escritórios remotos em que 
garantias de desempenho não sejam 
críticas.. 
o DSL, Cable Broadband Wireless 
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Opções de Link de Conexão Dedicado 
 Um link ponto-a-ponto é utilizado para fornecer um caminho de comunicação WAN 
preestabelecido do local do cliente por meio da rede do provedor para um destino remoto. 
 Os links Ponto-a-ponto são usualmente mais caras que serviços compartilhados como o Frame 
Relay. 
Conexão Dedicado ou de Linha Alugada 
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Opções de Link de Conexão Dedicado 
 Tipos de Linha e Largura de Banda: 
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Opções de Link de Conexão Dedicado - PSC 
Name Abbr. Size 
Kilo K 210 = 1,024 
Mega M 220 = 1,048,576 
Giga G 230 = 1,073,741,824 
Tera T 240 = 1,099,511,627,776 
Peta P 250 = 1,125,899,906,842,624 
Exa E 260 = 1,152,921,504,606,846,976 
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Visão Geral do PPP 
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Visão Geral do PPP 
• Permitir conectividade remota com Internet. 
• – Roteador com Roteador ou Host com Rede por 
• circuitos síncronos ou assíncronos. 
• Atribuir endereços IP de forma dinâmica. 
• Possibilitar o encapsulamento de vários protocolos de Rede (processo de 
Multiplexação). 
• Controlar a configuração e testar a qualidade de enlaces. 
• Negociar endereços de Rede e compactação de dados. 
• Detectar erros. 
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Conectividade PPP 
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Conectividade do PPP 
• Usa o HDLC, acrescido do campo Protocol, como base para encapsular 
datagramas em enlaces 
• ponto-a-ponto seriais. 
• Possui um Link Control Protocol - LCP para estabelecer, configurar e testar a 
conexão de enlace. 
• Usa uma família de Network Control Protocol - NCPs para encapsular e configurar 
diferentes protocolos da camada de Rede - IP, IPX e Appletalk. 
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Conectividade do PPP 
• Serial assíncrona; 
• Serial síncrona; 
• HSSI (High-Speed Serial Interface); 
• Integrated Services Digital Network (ISDN) 
O PPP pode ser configurado nos seguintes tipos de interfaces físicas: 
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Conectividade do PPP 
• Autenticação – As opções de autenticação exigem que o lado do enlace que faz a 
chamada insira informações para ajudar a garantir que o usuário obtenha 
permissão do administrador de rede para fazer a chamada. Os roteadores 
adjacentes trocam mensagens de autenticação. Duas opções de autenticação são o 
PAP e o CHAP. 
• Compressão – As opções de compressão aumentam o throughput efetivo das 
conexões PPP, reduzindo a quantidade de dados no quadro que precisam viajar 
através do enlace. O protocolo descomprime o quadro no destino. Dois protocolos 
de compressão disponíveis nos roteadores Cisco são o Stacker e o Predictor. 
O PPP também usa o LCP para entrar em acordo automaticamente sobre as opções de formato de 
encapsulamento, tais como: 
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Conectividade do PPP 
• Detecção de erros – Os mecanismos de detecção de erros com o PPP permitem que um 
processo identifique condições de falha. As opções Quality e Magic Number ajudam a 
garantir um enlace de dados confiável e sem loops. 
 
• Multilink – O Cisco IOS versão 11.1 ou posterior suporta PPP multilink. Essa alternativa 
oferece balanceamento de carga nas interfaces do roteador usadas pelo PPP. 
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Conectividade do PPP 
• Retorno de chamada do PPP – Para aprimorar ainda mais a segurança, o Cisco IOS versão 
11.1 oferece retorno de chamada pelo PPP. Com essa opção do LCP, um roteador Cisco 
pode atuar como cliente de retorno de chamada ou como servidor de retorno de 
chamada. 
• O cliente efetua a chamada inicial, solicita que ela seja retornada e 
• encerra essa chamada inicial. 
• O roteador de retorno de chamada responde à chamada inicial e efetua a chamada de 
retorno para o cliente, com base nas declarações da sua configuração. 
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Conectividade do PPP 
O LCP também realiza o seguinte: 
Trata limites variáveis de tamanho de pacote; 
• Detecta erros comuns de configuração; 
• Encerra o enlace; 
• Determina quando um enlace está funcionando corretamente ou quando está falhando. 
 
O PPP permite que vários protocolos de camada de rede operem no mesmo enlace de 
comunicação. Para cada protocolo de camada de rede utilizado, é fornecido um diferente NCP 
(Network Control Protocol). Por exemplo, o IP (Internet Protocol) usa o IPCP (IP Control 
Protocol) e o IPX (Internetwork Packet Exchange) usa o IPXCP (Novell IPX Control Protocol). Os 
NCPs incluem campos funcionais que contêm códigos padronizados, para indicar o tipo de 
protocolo de camada de rede encapsulado pelo PPP. 
 
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Mapeamento PPP com RM OSI 
PPP – Protocolo de Enlace de Dados com serviços da Camada de Rede 
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Formato de quadros PPP 
• Flag: 01111110 - Indica início e fim do quadro 
• Endereço: 11111111 - Broadcast padrão. Não atribui endereço individual para estações. 
• Controle: 00000011 - Serviço de enlace sem conexão. Similar LLC - Tipo 1. 
• Protocolo: indica o Protocolo de Rede encapsulado. 
• Dados: 0 a 1500 bytes. 
• FCS: Controle de erros. Normalmente 2 bytes 
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Valores do Campo Protocolo 
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Estabelecendo uma sessão PPP 
Os quadros LCP são usados para realizar o trabalho de cada uma das fases do LCP. 
 
As três classes de quadros LCP a seguir são usadas em uma sessão PPP: 
• Os quadros de estabelecimento de enlace são usados para estabelecer e configurar 
• um enlace; 
• Os quadros de encerramento de enlace são usados para encerrar um enlace; 
• Os quadros de manutenção de enlace são usados para gerenciar e depurar um enlace. 
 
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Fase do Estabelecendo do Enlace 
• Nesta fase, cada dispositivo PPP envia quadros LCP para configurar e testar o enlace de dados. 
• Os quadros LCP contém um campo de opção de configuração, que permite que os dispositivos 
negociem o uso de opções, tais como MTU (Maximum Transmission Unit), compressão de 
determinados campos PPP e protocolo de autenticação de enlace. 
• Se uma opção de configuração não estiver incluída em um pacote LCP, considera-se o valor default 
para essa opção de configuração. 
• Antes que qualquer pacote da camada de rede possa ser trocado, o LCP deve abrir a conexão e 
negociar os parâmetros de configuração. 
• Essa fase estará concluída quando um quadro de confirmação da configuração tiver sido enviado e 
recebido. 
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Fase do Estabelecendo do Enlace 
• Depois que o enlace tiver sido estabelecido e a decisão sobre o protocolo de autenticação tiver sido 
tomada, o par pode ser autenticado. 
• A autenticação, se usada, ocorre antes do início da fase do protocolo da camada de rede. 
• Como parte dessa fase, o LCP também oferece um teste opcional de determinação da qualidade do 
enlace. O enlace é testado para determinar se sua qualidade é suficiente para ativar os protocolos 
da camada de rede. 
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Opções de Configuração do PPP 
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Nesta fase, os dispositivos PPP enviam pacotes NCP para escolher e configurar um ou mais protocolos 
da camada de rede, como o IP. 
Após a configuração de cada um dos protocolos da camada de rede escolhidos, os pacotes de cada 
protocolo da camada de rede podem ser enviados através do enlace. 
Se o LCP fechar o enlace, ele informará os protocolos da camada de rede para que estes 
possam tomar a medida adequada. 
O comando show interfaces revela os estados do LCP e do NCP sob a configuração do PPP. 
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Encerramento do Enlace PPP 
• O enlace do PPP permanece configurado para comunicação, até 
• que ocorra um dos eventos a seguir: 
• Encerramento do enlace por quadros do LCP ou NCP; 
• Expiração de um temporizador de inatividade; 
• Intervenção de um usuário. 
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Protocolo PPP 
• Classes de quadros LCP 
- Estabelecimento de enlace 
- Manutenção de enlace 
- Encerramento de enlace 
• Hoje é o protocolo de WAN mais usado 
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Autenticação PPP 
PAP – Password Authentication Protocol 
• Senhas enviadas em texto claro (sem criptografia) 
• Usuário remoto controla e comanda o processo (tentativas) 
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• A Autenticação é uma fase opcional. Se usada, acontece antes da fase de configuração do Protocolo 
de Rede, logo após o estabelecimento do enlace. 
• No modelo PAP, o nó remoto envia um par usuário/senha repetidamente até que a autenticação 
seja confirmada ou a conexão seja encerrada. 
• O PAP não é um protocolo de autenticação forte. As senhas são enviadas pelo enlace em texto claro 
e não há nenhuma proteção contra reprodução ou contra ataques repetidos de tentativa e erro. 
• O nó remoto controla a freqüência e a temporização das tentativas de registro. 
Autenticação PPP - PAP 
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Usa um segredo conhecido apenas pelo autenticador e pelo remoto 
Autenticação PPP 
CHAP – Challennge Authentication Protocol 
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• É realizado no estabelecimento inicial do enlace e repetido, usando um handshake 
triplo, durante o tempo em que o enlace está ativo para verificar a identidade do nó 
remoto. 
• Após a conclusão da fase de estabelecimento do enlace PPP, o host 
• Remoto solicita ao Servidor mensagem de "desafio“. 
• Ao receber o desafio, responde com um valor calculado que se baseia na senha e na 
mensagem de desafio. 
• O host Central verifica a resposta, comparando-a com seu próprio cálculo e confirma 
ou encerra a conexão. 
• O CHAP oferece proteção contra ataques de reprodução, através do 
• uso de um valor de desafio variável (exclusivo e aleatório) 
• O uso de repetidos desafios visa limitar o tempo de exposição a um determinado 
ataque. 
• O host Central(ou outro servidor de autenticação) controla a 
• freqüência e a temporização dos desafios. 
Autenticação PPP - CHAP 
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Encapsulamento e Autenticação PPP 
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• As maiores taxas de compressão são obtidas com arquivos de texto que possuem 
elevado padrão de repetição e redundâncias 
• Arquivos já comprimidos, como figuras JPEG, arquivos MPEG, ou arquivos já 
comprimidos por software tipo PKZIP, são comprimidos em formato 1:1 ou até menos 
• Tentar comprimir dados já comprimidos pode demorar mais do que enviá-los sem 
compressão 
• Compressão de dados pode causar degradação de performance, já 
• que é realizada por software 
• O Predictor consome mais memória e menos CPU, enquanto 
• Stacker e MPPC consomem mais CPU e menos memória 
Comentários sobre Compressão 
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• MicroSoft Point-to-Point Compression (MPPC) – RFC 2118 
• Permite que roteadores Cisco troquem dados comprimidos com Clientes MicroSoft 
• Usa algorítmo de Compressão LZ 
• Uso intensivo de CPU 
Compressão PPP 
• TCP Header Compression 
• Usado para comprimir cabeçalhos TCP. 
• Os dados não são comprimidos (nem datagramas UDP) 
• Suportado por encapsulamento HDLC, PPP ou SLIP 
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• Em alguns ambientes, pode ser necessário unir vários enlaces seriais para que operem 
como um único enlace com banda total agregada 
• Multilink PPP, fornece balanceamento de carga nas interfaces 
• seriais de um roteador 
• Conforme a RFC 1717, a fragmentação e sequenciamento de pacotes dividem a carga e 
provocam o envio dos fragmentos nos circuitos PPP paralelos 
• Em alguns casos, esses dutos Multilink PPP, funcionam como um único enlace lógico, 
otimizando o throughput e reduzindo a latência entre os pares roteadores. 
PPP MULTILINK - MLP 
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PPP - Configuração 
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PPP - Configuração 
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PPP - Configuração 
Para simplesmente ativar o encapsulamento PPP na interface serial 0/0: 
Router#configure terminal 
Router(config)#interface serial 0/0 
Router(config-if)#encapsulation ppp 
 
Para configurar a compressão no PPP, digite os seguintes comandos: 
Router(config-if)#compress [predictor | stac | mppc] 
 ou 
Router(config-if)#ip tcp header-compression [passive] 
 
• A opção [passive] especifica que a compressão só será usada se o roteador receber 
compresed headers para um dado destino, para o qual será usado header compression. 
 
Para monitorar os dados descartados no enlace e evitar o loop de quadros: 
Router(config-if)#ppp quality percentage [1 a 100] 
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MLP – Configuração PPP Multilink 
Para realizar o balanceamento de carga através de vários enlaces: 
Router(config)#interface serial 0/0 
Router(config-if)#encapsulation ppp 
Router(config-if)#ppp multilink 
 
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PPP - Configuração 
Procedimento para configurar o encapsulamento PPP e os protocolos de autenticação 
PAP/CHAP. 
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PPP - Configuração 
O nome do usuário e a senha do PAP enviados por um roteador devem corresponder àqueles 
especificados no comando username name password password do outro roteador.. 
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PPP - Configuração 
O PAP fornece um método simples para que um nó remoto estabeleça sua identidade, usando 
um handshake duplo. Isso é feito somente no estabelecimento inicial do enlace. O nome do 
host em um roteador deve corresponder ao nome do usuário configurado no outro roteador. 
As senhas também precisam coincidir. 
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PPP - Configuração 
O CHAP é usado para verificar periodicamente a identidade do nó remoto, usando um handshake 
triplo. O nome do host em um roteador deve corresponder ao nome do usuário configurado no 
outro roteador. As senhas também precisam coincidir. Isso é feito no momento do 
estabelecimento inicial do enlace e pode ser repetido a qualquer momento, depois que o enlace 
tiver sido estabelecido. 
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Comandos de Configuração do PPP 
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Solução de problemas de configuração 
O comando debug ppp authentication exibe a sequência de troca de autenticação. A figura 
ilustra a saída do roteador esquerdo durante a autenticação CHAP com o roteador da direita 
quando debug ppp authentication está ativado. Com a autenticação dupla configurada, umroteador autentica o outro. Aparecem mensagens tanto para o processo de autenticar como para 
o processo de ser autenticado. Use o comando debug ppp authentication para exibir a sequência 
de troca enquanto ela ocorre. 
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Solução de problemas de configuração 
O comando debug ppp é usado para exibir informações sobre a operação do PPP. A forma no 
desse comando desativa a saída da depuração. 
Router#debug ppp {authentication | packet | negotiation | 
error | chap} 
Router#no debug ppp {authentication | packet | negotiation | 
error | chap} 
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Protocolo HDLC 
High Level Data Link Control 
• Definido nos padrões ISO 33009, 4335, 6159 e 6256) 
• Baseado no protocolo SDLC da IBM (criado em 1975) 
• Foi muito popular, mas perdeu espaço na Internet para o protocolo PPP 
 
High Level Data Link Control 
• Protocolo orientado a bit – usa preenchimento de bit 
• Transmissão serial síncrona 
• Controle de erros Go-Back-N 
• Controle de fluxo 
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Protocolo HDLC 
Família de protocolos HDLC 
• Muitos protocolos foram baseados no HDLC: 
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Protocolo HDLC 
• Primárias: controlam os enlaces e podem enviar 
• comandos 
• Secundárias: operam sob controle das primárias, e enviam respostas 
• Combinadas: podem transmitir tanto comandos quanto respostas 
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Protocolo HDLC Protocolo HDLC 
Definições 
• Modos de transferência de dados podem ser: 
• Modo de resposta normal (NRM): para configurações desbalanceadas 
• Usado em redes de terminais (ex: mainframes) 
 
Modo balanceado assíncrono (ABM): para configurações balanceadas 
• Usado em redes de computadores 
 
Modo de resposta assíncrono ( ARM): para configurações desbalanceadas, em que estação 
secundária pode iniciar uma transmissão. 
• Raramente usado. 
 
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Protocolo HDLC 
Quadros 
• Formato de quadro 
• Campo de endereço extensível 
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Protocolo HDLC 
Quadros 
• Campo de controle com 8 bits: 
• Campo de controle com 16 bits: 
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Protocolo HDLC: comandos e respostas 
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Protocolo HDLC: comandos e respostas 
(cont.) 
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Protocolo HDLC 
Exemplos de operações HDLC: 
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Protocolo HDLC 
Exemplos de operações HDLC: 
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Protocolo HDLC 
Conclusão: 
• HDLC substancialmente mais complexo que PPP 
 
• Faz controle de erros e de fluxo 
 
• Atualmente esses controles são excessivos (bons meios de transmissão) 
 
• Muito de sua complexidade vem de sua origem, pois foi projetado para uso em redes de 
terminais (comum em sua época) 
 
• Em redes de computadores usa-se o modo balanceado (ABM)