Comunicacao Aula6 Eder 2017 02

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Camada de Enlace
Comunicação de Dados
Camada de Enlace de Dados
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Comunicação de Dados
Serviços da Camada de Enlace de Dados
Encapsula datagrama num quadro adicionando cabeçalho (header) e cauda (tail);
Implementa acesso ao canal se meio for compartilhado, 
‘endereços físicos (MAC)’ são usados nos cabeçalhos dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto;
Protocolo ARP: Address Resolution Protocol – resolve endereços lógicos (IP – camada 3) para endereços físicos (MAC – camada 2)
Enquadramento (Delimitação do quadro) e acesso ao enlace: 
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Controle de Fluxo: 
Compatibilizar taxas de produção e consumo de quadros entre remetentes e receptores.
Detecção de Erros: 
Erros são causados por atenuação do sinal e por ruído receptor detecta presença de erros.
Receptor sinaliza ao remetente para retransmissão, ou simplesmente descarta o quadro em erro.
Comunicação de Dados
Serviços da Camada de Enlace de Dados
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Correção de Erros: 
Mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissão.
Autonegociação:
Transmissor e receptor “negociam” parâmetros da conexão, como modo (Full-Duplex/Half-Duplex), taxa de transferência e mesmo a configuração de pinagem (não há mais a necessidade de cabos crossover).
Comunicação de Dados
Serviços da Camada de Enlace de Dados
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A maior parte do tráfego na Internet origina-se e termina com conexões Ethernet. 
Desde seu início nos anos 1970, a Ethernet evoluiu para acomodar o grande aumento na demanda de redes locais de alta velocidade. 
Atualmente, o mesmo protocolo que transportava dados a 3 Mbps em 1973 está transportando dados a 100 Gbps. 
Comunicação de Dados
Ethernet
A Ethernet é a tecnologia mais usada em redes locais. 
Foi implementada inicialmente pelo grupo Digital, Intel e Xerox, conhecido como DIX. 
O grupo DIX criou e implementou a primeira especificação para redes locais Ethernet 
A Ethernet serviu como base para 802.3 – IEEE – Institute of Electrical and Electronics:
 802.3u – Fast Ethernet;
 802.3z – Gigabit Ethernet através da Fibra Ótica;
 802.3ab – Gigabit Ethernet através do UTP.
http://www.ieee802.org/11/
Fonte: ( Cisco Systems ,2009)
Comunicação de Dados
Ethernet
O sucesso da Ethernet deve-se aos seguintes fatores:
 
 Simplicidade e facilidade de manutenção;
 Capacidade de introdução novas tecnologias;
 Confiabilidade;
 Instalação e atualização econômicas.
Com a introdução da Gigabit Ethernet, aquilo que começou como uma tecnologia de redes locais, agora se estende a distâncias que fazem da Ethernet um padrão para MAN (Rede Metropolitana) e para WAN (Rede de longa distância). 
Comunicação de Dados
Ethernet
A descrição abreviada consiste em:
 
 Um número indicando o número de Mbps transmitido;
 A palavra base, indicando que foi usada a sinalização banda base (baseband) / A palavra BROAD, indicando que foi usada a sinalização banda Larga (broadband);
 Uma ou mais letras do alfabeto, indicando o tipo do meio físico usado
F = cabo de fibra ótica
T = par trançado de cobre não blindado
X= indica o uso de fibras ópticas
Comunicação de Dados
Regras de nomenclatura da Ethernet IEEE
Comunicação de Dados
Ethernet - Gigabit
Comunicação de Dados
Serviços da Camada de Enlace de Dados
Cabeçalho é composto pelos campos Preâmbulo, SOF, DA, SA e Length/Type
O pacote ou payload contém os dados a serem transmitidos
O trailer contém o campo FCS
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Comunicação de Dados
Formato de um frame Ethernet
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Comunicação de Dados
Preâmbulo
Composto por uma sequência de 56 bits (7 octetos) 0 e 1 alternados, para sincronismo entre transmissor
SFD – Start of Frame Delimiter – Diferente dos demais octetos do preâmbulo apenas nos dois bits menos significativos
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Comunicação de Dados
Endereços
DA – Destination MAC Address – composto por seis bytes (48 bits); informa o endereço de destino
SA – Destination MAC Address – composto por seis bytes (48 bits); informa o endereço de origem
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Comunicação de Dados
Tamanho/Tipo
Type: indica se o frame utiliza algum formato opcional, como tag. 8 bits
Lenght: indica o tamanho total do quadro. 8 bits
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Comunicação de Dados
Campo de dados
Contém a carga útil do quadro, que encapsula outros protocolos, como pacotes IP
Tamanho varia enre 46 e 1500 bytes. 
Caso os dados transmitidos não atinjam 46 bytes, é acrescentado um Pad, conjunto de bits zero para completar o tamanho mínimo
Implementações atuais utilizam um campo de dados de 9000 bytes chamado Jumbo Frame
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Comunicação de Dados
FCS – Frame Check Sequence
Formado por quatro bytes que formam uma sequência de CRC de 32 bits, criada pelo transmissor
O cácluo é feito com base nos campos DA, SA, Lenght/Type e DATA
O receptor recalcula o valor do CRC e caso haja divergência no valor informado pelo transmissor, o quadro é considerado com erro
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EDC = Bits de detecção e correção de erros (redundância);
D = Dados protegidos por verificação de erro, podem incluir campos de cabeçalho.
Detecção de erro não 100% confiável!
• Protocolo pode perder alguns erros, mas raramente.
• Maior campo EDC gera melhor detecção e correção.
Fonte: Kurouse (2010)
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros
Os dados podem ser corrompidos durante a transmissão. 
Algumas aplicações exigem que erros sejam detectados e corrigidos. 
Para detectar ou corrigir erros (de bit ou em rajada) é necessário inserir redundância (bits extras) junto com os dados transmitidos. 
Essa redundância é implementada por meio de vários métodos de codificação. 
Alguns exemplos de métodos de detecção são: 
Verificação de Paridade.
 CRC (Cyclic Redundant Check).
Checksum. 
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros
Utiliza-se um Bit extra inserindo ao conjunto de bits do código transmitido.
Paridade par e paridade impar.
Paridade par, o bit extra assume o valor 0 ou 1 de modo que o total de bits 1 seja par.
Exemplo: 
P
0 1 1 1 0 0 0
P
0 1 1 1 1 0 0
1
0 1 1 1 0 0 0
0
0 1 1 1 1 0 0
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros – Verificação de Paridade
Paridade de um Único Bit
Detecta e corrige erros de único bit.
Fonte : Kurouse (2010)
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros – Verificação de Paridade
Paridade Bidimensional
CRC – Cyclic Redundant Check, ou verificação de redundância cíclica é um método para identificação de erros, que se baseia em tratar sequências de bits.
Analisa bits de dados, D, como um número binário.
Escolha padrão de bits r + 1 (gerador), G.
Objetivo: escolher r bits de CRC, R, tal que:
<D,R> exatamente divisível por G (módulo 2);
receptor sabe G, divide <D,R> por G. Se resto diferente de zero: erro detectado!
pode detectar todos os erros em rajada menores que r + 1 bits.
Muito usada na prática (Ethernet, 802.11 WiFi, ATM).
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros – CRC (Cyclic Redundant Check)
Fonte: Kurouse (2010)
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros – CRC (Cyclic Redundant Check)
Usado na Internet (mas não na camada de enlace de dados) com as seguintes etapas: no emissor a mensagem é dividida em grupos de 16 bits, e o checksum é inicializado como zero.
Todos os grupos de 16 bits são somados usando-se a adição de complemento um, então a soma é complementada e se torna o checksum, que é enviado junto com os dados.
No receptor, a mensagem (inclusive o checksum) é dividida em grupos de 16 bits, que são somadas usando complemento um.
Realiza a transmissão de todas as palavras junto com o resultado da soma binária de todas elas.
Inclui o bit de transporte;
Inversão do valor dos bits do checksum.
A soma é complementada e se torna o novo checksum, se o valor do checksum for zero, a mensagem é aceita, caso contrário é rejeitada.
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros – Checksum
Dado os dados iniciais de duas palavras de 8 bits: 
	00111101 00001101 
00111101
+ 00001101 = 01001010 -> Checksum 
			 10110101 -> Checksum invertido
O emissor envia o checksum invertido ao receptor. 
Em seguida, no receptor as palavras são novamente somadas e comparadas com checksum que foi enviado, ou seja, checar a soma.
Se em qualquer um dos dados transmitidos tiver algum erro este será descoberto, pois, no receptor, é recalculado e ocorre a soma do novo checksum com o checksum enviado, que terá um resultado diferente de “1”.
Comunicação de Dados
Detecção e Correção de Erros - Checksum
Fast Forward (Entrega rápida);
Cut – Through;
Fragment – Free (livre fragmentos);
Store – and – Forward (Armazenar e encaminhar).
Comunicação de Dados
Modos de Operação - Switch
Um switch poderá começar a transferir o quadro assim que o endereço MAC de destino for recebido;
A comutação feita neste ponto é conhecida como comutação cut-through e resulta na latência mais baixa através do switch;
No entanto, não oferece nenhuma verificação de erros. 
Comunicação de Dados
Cut-Through
Fonte: ( Cisco Systems ,2009)
Comunicação de Dados
Cut-Through
Quando se usa os métodos de comutação cut-through, as portas de origem e destino precisam operar a mesma taxa de transferência de dados para manter a integridade do quadro (modo de comutação simétrica);
Se as taxas de transferências não forem iguais, o quadro precisará ser armazenado antes de ser enviado, ou seja, não pode utilizer cut-trhough 
Outra taxa de transferência => modo de comutação assimétrica
Comunicação de Dados
Cut-Through
Lê os primeiros 64 bytes, que incluem o cabeçalho do quadro, e a comutação se inicia antes que sejam lidos todo o campo de dados e o checksum. 
Fonte: ( Cisco Systems ,2009)
Comunicação de Dados
Livre de Fragmentos
Método que permite que um switch armazene o quadro inteiro antes de encaminhá-lo pela porta de destino.
Store-and-forwarding;
Isso dá ao S.O. do switch a oportunidade de verificar o FCS (frame-check-sequence) para garantir que o quadro foi recebido com integridade antes de ir ao destino;
Se o quadro for identificado como inválido, ele será descartado no switch e não no destino final;
Este método utiliza a comutação assimétrica (taxas de transferência ´da origem e do destino podem ser diferentes)
Comunicação de Dados
Armazenar e Encaminhar
Desde o surgimento dos primeiros sistemas de telecomunicações até hoje, a evolução tecnológica se faz necessária para a oferta de produtos mais aderentes às necessidades dos clientes; 
A tecnologia Ethernet, originalmente desenvolvida para suportar redes locais de computadores, presentes praticamente em todas as redes; 
A partir da padronização estabelecida pelo Metro Ethernet Forum (MEF), em termos de confiabilidade, segurança, escalabilidade, qualidade de serviços e gerenciamento de serviços, a tecnologia Ethernet pôde ser aplicada em âmbito metropolitano e interurbano, conectando os diversos sites dos clientes e transportando os mais diversos tipos de tráfego;
As empresas que prestam este tipo de serviço são chamadas CARRIER ETHERNET.
Comunicação de Dados
Evolução de Rede e Carrier Ethernet