Parte4 camada de enlace 2oSem2015 parcial

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Camada de Enlace
PROF. PAULO CESAR – VERSÃO 2018
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Conteúdo:
•Funções da Camada de Enlace 
•Protocolos de Acesso ao meio
•Protocolos IEEE
•Redes Ethernet e 802.03
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Funções da Camada de 
Enlace
3
Funções da camada de enlace:
•Tipos de transmissão:
Unicast: a mensagem é enviada para um nó 
específico
Multicast: a mensagem é enviada para um 
sub-conjunto de nós da rede.
Broadcast: a mensagem é enviada para 
todos da rede
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Funções da camada de enlace:
•Tipos de comunicação:
Simplex: a comunicação pode ocorrer somente em um sentido.
Exemplo: Rádiodifusão FM.
Half-Duplex: a comunicação pode ocorrer em ambos os sentidos 
mas em um de cada vez. 
Exemplo: rádios de comunicação tipo Push-to-Talk.
ou
Full-Duplex: a comunicação pode ocorrer em ambos os sentidos 
simultâneamente. 
Exemplo: Telefone.
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Funções da camada de enlace:
•Oferecer serviços as camadas de redes. O principal serviço é transferir dados da camada de rede
da máquina de origem para a camada de rede da máquina de destino.
•Identificar os nós (computadores) na rede.
•Organizar os bits recebidos dos meios físicos de uma rede em grupos lógicos conhecidos como
quadros (frames) e controlar o tamanho desses quadros.
•Converter endereços de IP em endereços da rede local.
•Controlar o fluxo de dados.
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Funções da camada de enlace:
•Controlar o fluxo de dados.
•Encapsular e transmitir os dados de saída.
•Detectar erros sem corrigi-los.
•Fornecer serviços (como qualidade de serviço) e capacidade de endereçamento (unicast,
multicast ou broadcast) à camada de rede
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Funções da camada de enlace -
Enquadramento:
•A camada de enlace deve delimitar os quadros (frames) de informação a partir do stream de bits
da camada física.
CAMADA 
FÍSICA
CAMADA 
ENLACE
110100110010011010Fluxo de Bits
Quadros
Enquadramento
8
Funções da camada de enlace -
Enquadramento:
•Em geral, a estratégia adotada pela camada de enlace é dividir o fluxo de bits
em quadros e calcular o checksum (valor calculado a partir do próprio quadro e
que é utilizado para detecção/correção de erros) em relação a cada quadro.
•As técnicas mais utilizadas de enquadramento são:
•Contagem de caracteres.
•Caracteres iniciais e finais com inserção de caracteres (character stuffing).
•Flags iniciais e finais, com inserção de bits (bit stuffing).
•Violações de codificação da camada física.
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Funções da camada de enlace – Controle 
de Fluxo:
•O controle de fluxo serve para que o transmissor não envie dados em uma taxa
maior do que o receptor pode aceitar.
•Caso o transmissor exceda a capacidade do receptor ocorre perda de quadros e
o “estrangulamento” da comunicação.
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Funções da camada de enlace – Controle 
de erros:
•A camada de enlace deve fornecer meios de detecção e/ou correção de erros.
•Uma forma comum de correção de erros é o envio de uma mensagem de
confirmação de recebimento para o transmissor.
•Técnicas de codificação de informações são também utilizadas para detecção e
correção de erros.
•É comum a utilização de funções Cyclic Redundancy Check (CRC) as quais são
funções que, a partir de um conjunto de dados de entrada (de qualquer
tamanho), produz uma saída de tamanho fixo.
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Funções da camada de enlace
Códigos de Detecção e Correção de Erros:
Há vários padrões de CRC:
◦ CRC-12: x^12 + x^11 + x^3 + x^2 + x^1 + 1
◦ O CRC-12 é utilizado para caracteres de 6 bits.
◦ CRC-16: x^16 + x^15 + x^2 +1
◦ CRC-CCITT: x^16 + x^12 + x^5 + 1
O CRC-16 e o CRC-CCITT são utilizados com caracteres de 8 bits, podem detectar todos os erros
simples e duplos, todos os erros com um número ímpar de bits, todos os erros em rajadas que
tiverem um tamanho de no máximo 16 bits, 99,997% das rajadas de erros de 17 bits e 99,998%
das rajadas de 18 bits no mínimo.
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Protocolos de Acesso ao 
meio
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Protocolos de acesso ao meio:
Medium Access Control
•Subcamada da camada de enlace que possibilita a uma estação o acesso ao meio de
transmissão. Esta subcamada é que permite, através do uso de técnicas de endereçamento e de
controle de acesso ao meio, que várias estações compartilhem um mesmo meio de transmissão
(espectro eletromagnético ou sinal em cabos).
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Protocolos de acesso ao meio:
Medium Access Control
•Exemplos de protocolos de múltiplo acesso comuns para redes com fio:
• CSMA/CD (used in Ethernet and IEEE 802.3)
• Token bus (IEEE 802.4)
• Token ring (IEEE 802.5)
• Token passing (used in FDDI)
•Exemplos de protocolos de múltiplo acesso comuns para redes sem fio:
• CSMA/CA (used in IEEE 802.11/WiFi WLANs)
• Slotted ALOHA
• Dynamic TDMA
• Reservation ALOHA (R-ALOHA)
• CDMA
• OFDMA
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Protocolos de acesso ao meio:
•Os protocolos usados para determinar quem será o próximo em um canal multiacesso
pertencem a uma subcamada do nível de enlace de dados denominada subcamada MAC 
(Medium Access Control). 
•Alguns algoritmos para a alocação:
• ALOHA puro
• Slotted ALOHA
• CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Protocolos de acesso ao meio
Aloha puro
•Funcionamento bem simples:
•Se um nó tem dados para enviar ele simplesmente envia;
•Se houver colisão de mensagens, tente mais tarde.
G (tentativas por tempo de pacote)
S
 (
th
ro
u
g
h
p
u
t 
p
o
r 
te
m
p
o
 d
e
 q
u
a
d
ro
)
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Protocolos de acesso ao meio
Slotted Aloha:
•Funcionamento bem simples:
•Se um nó tem dados para enviar ele simplesmente envia;
•Se houver colisão de mensagens, tente mais tarde.
G (tentativas por tempo de pacote)
S
 (
th
ro
u
g
h
p
u
t 
p
o
r 
te
m
p
o
 d
e
 q
u
a
d
ro
)
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Protocolos de acesso ao meio: ALOHA
ALOHA Puro vs. Slotted ALOHA
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA 1-persistente
•Carrier Sense Mutiple Acces
•Funcionamento bem simples:
• Quando uma estação tem dados a transmitir ela primeiro escuta o canal para ver se mais alguém está 
transmitindo no momento.
• Se o canal estiver ocupado, a estação esperará até que ele fique inativo.
• Quando detectar um canal desocupado, a estação transmitirá um quadro.
• Se ocorrer colisão, a estação esperará um intervalo de tempo aleatório e começará tudo de novo.
• Esse protocolo é denominado 1-persistente porque a estação transmite com probabilidade 1 sempre 
que encontra o canal desocupado. 
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA 1-persistente
Carrier Sense Mutiple Acces
G (tentativas por tempo de pacote)
S
 (
th
ro
u
g
h
p
u
t 
p
o
r 
te
m
p
o
 d
e
 q
u
a
d
ro
)
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA/CD conceitos
•Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection (CSMA/CD):
•Funcionamento:
• Cada estação verifica se há sinal de transmissão no meio
• Se uma estação que está transmitindo detectar outra transmissão ela interrompe a transmissão e envia
um sinal de interferência (jam signal). Então a estação espera um intervalo de tempo aleatório antes de
tentar uma nova transmissão.
• Utilizado nas redes Ethernet clássicas.
• Não mais utilizado em redes Full-Duplex.
• Não utilizado em rede 10Gigabit Ethernet.
• A estação ao mesmo tempo que envio o quadro também verifica se há colisão.
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA/CD fluxograma
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Protocolos de acesso ao meio: 
CSMA/CD desempenho da Rede:
•Considerando-se um único domínio de colisão (segmento de rede onde os quadros podem
colidirem por compartilharem o mesmo meio de transmissão), o desempenho do protocolo
CSMA/CD cai com:
•o aumento do número de estações;
•a diminuição do tamanho dos quadros transmitidos
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Protocolos de acesso ao meio: 
CSMA/CD desempenhoda rede:
Número de Estações
E
fi
c
iê
n
c
ia
d
a
re
d
e
E
th
e
rn
e
t
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA/CA conceito:
•Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance (CSMA/CA):
•Funcionamento:
• Cada estação verifica se há sinal de transmissão no meio.
• Se o canal estiver livre a estação pode transmitir.
• Se o canal estiver ocupado a estação deve adiar a transmissão.
• CSMA/CA é utilizada onde o CSMA/CD não pode ser utilizado como, por exemplo, em redes wireless
onde não é possível “escutar” o canal ao mesmo tempo que um frame é transmitido. Para diminuir o
preço dos transceptores de rádio, os rádios podem somente transmitir ou receber por vez.
• Utilizado nas redes 802.11 (sem fio).
• Pode estar associado a um esquema de reconhecimento de recepção.
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Protocolos de acesso ao meio:
CSMA/CA conceito:
•Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance (CSMA/CA): 
•Funcionamento:
• Cada estação verifica se há sinal de transmissão no meio.
• Se o canal estiver livre a estação pode transmitir.
• Se o canal estiver ocupado a estação deve adiar a transmissão.
• CSMA/CA é utilizada onde o CSMA/CD não pode ser utilizado como, por exemplo, em redes wireless 
onde não é possível “escutar” o canal ao mesmo tempo que um frame é transmitido. Para diminuir o 
preço dos transceptores de rádio, os rádios podem somente transmitir ou receber por vez.
• Utilizado nas redes 802.11 (sem fio).
• Pode estar associado a um esquema de reconhecimento de recepção.
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Protocolos IEEE
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Protocolos IEEE:
Conceito:
•Institute of Electrical and Electronics Engineers ou IEEE é uma organização profissional 
internacional com fins não lucrativo que objetiva avanços tecnológicos relacionados ao 
emprego da eletricidade. 
•É a maior associação profissional do mundo. 
•Dentro do IEEE há grupos que se dedicam a elaboração de padrões. Muitos padrões utilizados 
em Computação são elaborados pelo IEEE
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Protocolos IEEE:
Conceito:
# IEEE 802 — LAN/MAN
* IEEE 802.1 — Standards for LAN/MAN bridging and management and remote media access control (MAC) bridging.
* IEEE 802.2 — Standards for Logical Link Control (LLC) standards for connectivity.
* IEEE 802.3 — Ethernet Standards for Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)
* IEEE 802.4 — Standards for token passing bus access
* IEEE 802.5 — Standards for token ring access and for communications between LANs and MANs
* IEEE 802.6 — Standards for information exchange between systems.
* IEEE 802.7 — Standards for broadband LAN cabling.
* IEEE 802.8 — Fiber optic connection
* IEEE 802.9 — Standards for integrated services, like voice and data.
* IEEE 802.10 — Standards for LAN/MAN security implementations.
* IEEE 802.11 — Wireless Networking – "WiFi"
* IEEE 802.12 — Standards for demand priority access method
* IEEE 802.14 — Standards for cable television broadband communications
* IEEE 802.15.1 — Bluetooth
* IEEE 802.15.4 — Wireless Sensor/Control Networks – "ZigBee"
* IEEE 802.16 — Wireless Networking – "WiMAX"
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Redes Ethernet
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Redes Ethernet:
Conceito
•Originalmente proposta por Robert Metcalfe e
David Bloggs entre 1973 e 1975 pela Xerox. O
protótipo funcionava a 3Mbps.
•Em 1979 Robert Metcalfe deixou a Xerox e
fundou a 3Com. Em seguida Robert Metcalfe
convenceu a Digital, Intel e Xerox a promoverem
o padrão de rede DIX (Digital/Intel/Xerox) com
10Mbps e 48 bits de endereços de origem e
destino. A rede utilizava cabo coaxial como meio
de transmissão. A técnica de acesso ao meio era
o CSMA/CD.
•Em meados dos anos 80 o uso de par trançado
(UTP) foi iniciado. Este fato tornou possível a
substituição do protocolo de acesso half-duplex
(CSMA/DC) por comunicação full-duplex.
Robert Metcalfe usando 
a medalha Nacional de 
Tecnologia dos Estados 
Unidados (2003).
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Redes Ethernet:
Conceito
•Originalmente utilizava cabos coaxiais com
técnica de acesso CSMA/CD. O usos de cabo
coaxial dificultava a instalação e manutenção das
redes.
•As primeiras redes utilizavam cabo coaxial grosso
(10BASE5) que permitiam distâncias de até
aprox. 500 entre as estações extremas.
•O uso do cabo coaxial fino (10BASE2) facilitou a
instalação mas diminuiu a distância para aprox.
200m. Distâncias maiores eram possíveis através
do uso de repetidores.
•A primeira rede a utilizar par trançado foi a a
StarLAN (10BASET).
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Redes Ethernet:
Quadro
•Funcionamento: acesso ao meio através de contenção com domínio de colisão
•Equipamentos usualmente utilizados: Placa de Rede, Hub, Bridge, Switch
•Campos do cabeçalho Ethernet:
• Destination: Endereço MAC do destino
• Source: Endereço MAC da origem.
• Len: Comprimento do campo de dados em bytes
• Data unit + pad: Campo de dados ou enchimento (padding)
• FCS: Frame Check Sum – utilizado para detectar erros nos dados
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Redes Ethernet
Quadro Ethernet v2 (DIX Ethernet)
Formato do quadro :
•Campos do cabeçalho Ethernet:
•Destination: Endereço MAC do destino
•Source: Endereço MAC da origem.
•Ether Type: Tipo do protocolo no payload (valor maior que 0x6000)
•Data unit + pad: Campo de dados ou enchimento (padding)
•FCS: Frame Check Sum – utilizado para detectar erros nos dados
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CSMA/CD- Quadro Ethernet v2 (DIX 
Ethernet)
EtherType Protocol
0x0800 Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
0x0806 Address Resolution Protocol (ARP)
0x8035
Reverse Address Resolution Protocol 
(RARP)
0x809b AppleTalk (Ethertalk)
0x80f3
AppleTalk Address Resolution Protocol
(AARP)
0x8100 IEEE 802.1Q-tagged frame
0x8137 Novell IPX (alt)
0x8138 Novell
0x86DD Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
0x88a8 Provider Bridging (IEEE 802.1ad)
0x8847 MPLS unicast
0x8848 MPLS multicast
0x8863 PPPoE Discovery Stage
EtherType Protocol
0x8864 PPPoE Session Stage
0x888E EAP over LAN (IEEE 802.1X)
0x889A HyperSCSI (SCSI over Ethernet)
0x88A2 ATA over Ethernet
0x88A4 EtherCAT Protocol
0x88D8
Circuit Emulation Services over Ethernet 
(MEF-8)
0x88E5 MAC security (IEEE 802.1AE)
0x9100 Q-in-Q
0xCAFE Veritas Low Latency Transport (LLT)
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Redes Ethernet:
Repetidores e Hubs:
•Originalmente utilizava cabos coaxiais com técnica de acesso CSMA/CD. O uso de cabo coaxial
dificultava a instalação e manutenção das redes.
•As primeiras redes utilizavam cabo coaxial grosso (10BASE5) que permitiam distâncias de até
aprox. 500 entre as estações das extremidades da rede.
•Posteriormente, surgiu o padrão 10BASE2 que utilizava cabos coaxiais finos que facilitavam a
instalação da rede local.
•A utilização de equipamentos repetidores permitiu o aumento do comprimento das redes.
•As redes Ethernet com cabo coaxial eram problemáticas pois o mal funcionamento de qualquer
estação ou mal contatos no cabo causavam pane na rede toda.
•A utilização de Hubs melhorou a manutenção destas redes.
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Redes Ethernet:
Hubs:
•Os Hubs são equipamentos que permitem a interligação das estações na topologia estrela.
•A utilização do Hub isola eletricamente as máquinas evitando que o mal funcionamento de uma
interfira em toda a rede.
•O Hub é um mero repetidor de sinal e as máquinas a ele conectadas fazem parte de um único
domínio de colisão.
•Alguns Hubs possuem a capacidade de reforçar o sinal de interferência (jam) no caso da
ocorrência de colisões.
•Para redes 10BASET são permitidos 5 segmentos (4 hubs) entre as estações extremas.
•Para redes 100BASET são permitidos 3 segmentos (2 hubs) entre as estações extremas.
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Redes Ethernet:
Repetidores e pontes:
•As bridges possuem a capacidade de interligarem dois segmentos de rede através da camada 2.
Assim, uma bridge pode dividir um domínio de colisão em dois.
•Na figura abaixo, a pontesomente passará o tráfego da rede 1 para a rede 2 se o destino do
quadro for uma estação da rede 2.
Rede 1 Rede 2
Ponte
(Bridge)
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Redes Ethernet:
Switches:
•Switches são equipamentos que possuem a capacidade de inspecionar o endereço de origem e 
destino de um quadro recebido em sua porta e direcioná-lo para a porta destino.
•O Switch, ao ser ligado, comporta-se como um hub, fazendo broadcast de todos os quadros que 
recebe. Neste processo inicial o Switch pode construir uma tabela que relaciona cada endereço 
MAC a sua respectiva porta. Com o passar do tempo o switch segmenta a rede e cada uma de 
suas portas.
•Inicialmente os Switchs eram equipamentos de camada 2 mas hoje são capazes de detectarem 
protocolos de camadas superiores (até camada 7).
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Redes Ethernet:
Switches:
Utilizando-se um switch é possível construir uma Virtual LAN (VLAN) que limita a comunicação 
somente entre máquinas da mesma VLAN.
VLAN 1
VLAN 2
VLAN 2
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Redes Ethernet:
Switches:
•O Switches podem ser empilhados (stackable switchs) para proverem a quantidade de portas
necessárias.
•Alguns modelos são modulares, permitindo o uso de diversas tecnologias de rede, interfaces
seriais (para conexão WAN), fontes, unidades de gerenciamento, etc.
Exemplo de um Stackable Switch
Switchs individuais Cabos de interconexão
(usualmente de tecnologia proprietária)
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Fim
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