Teleinformática e Redes 1 - Protocolos de Controle de Acesso ao Meio e Redes Locais – Parte 2

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Teleinformática e 
Redes I 
Protocolos de Controle de 
Acesso ao Meio e Redes 
Locais – Parte 2 
Aula 16 
 Profa. Priscila Solís Barreto 
A 
Estação inicia 
transmissão 
em t=0 
A 
Estação A 
captura o 
canal em 
t=tprop 
CSMA Esquema de Acesso Aleatório 
A estação escuta o canal antes de começar a transmissão 
Se o canal está ocupado, espero ou ageda um backoff 
Se o canal está livre, inicia a transmissão 
Período vulnerável é reduzido para tprop (em função do efeito de 
captura do canal) 
Se ocorre colisão, o quadro deve ser transmitido por completo 
escutar 
Opções do CSMA 
Comportamento do transmissor quando o canal é identificado como 
ocupado: 
- 1-persistent CSMA 
 Começar a transmissão assim que o canal é desocupado 
 Baixo atraso e baixa eficiência 
- Non-persistent CSMA 
 se ocupado, esperar período de backoff, depois escutar a portadora 
de novo 
 Alto atraso e alta eficiência 
- p-persistent CSMA 
 Esperar até que o canal esteja desocupado, transmitir com 
probabilidade p; ou esperar um mini-slot e retransmistir com probabilidade 1-
p 
 Atraso e eficiência podem ser balanceadas 
CSMA-CD 
•  Monitora colisões e transmissões abortadas 
•  Estações com quadros para enviar, primeiro escutam o 
canal 
•  Depois de começar a transmissão, as estações 
continuam escutando o canal para detectar colisões 
•  Se são detectadas colisões, todas as estações 
envolvidas abortam a transmissão, re-agendam tempos 
aleatórios de backoff e tentam de novo nos tempos 
agendados 
•  As colisões no CSMA provocam desperdiço de X 
segundos (para transmitir o quadro inteiro) 
•  CSMA-CD reduz o desperdiço ao detectar colisões e 
abortar a transmissão 
A começa a 
transmitir em t=0 
A B B começa a 
transmitir em 
t= tprop-δ; 	
B detecta 
colisão em 
t= tprop	
A B 
A B 
A detecta 
colisãon em 
t= 2 tprop-δ	
É necessário 2 tprop para descobrir que o canal está ocupado 
Tempo de Reação no CSMA-CD 
Probabilidade de uma transmissão com sucesso: 
frame contenção frame 
Psuccess é maximizado em p=1/n: 
n 
Pmax 
Transmissão de Pacotes e períodos de 
contenção 
Aloha 
Slotted 
Aloha 
1-P CSMA 
Non-P CSMA 
CSMA/CD 
a 
ρmax 
Vazões Alcançáveis 
a = 0.01 
a = 0.1 a = 0.2 
Atraso de transferência de Quadros na Ethernet 
Ethernet, uma pequena história 
• 1970 ALOHA (para redes de pacotes via radio) foi 
desenvolvido no Havai 
• 1973 Metcalf e Boggs propõem Ethernet com acesso 
aleatório para redes cabeadas 1979 DIX Ethernet II 
Standard 
• 1985 IEEE 802.3 LAN Standard (10 Mbps) 
• 1995 Fast Ethernet (100 Mbps) 
• 1998 Gigabit Ethernet 
• 2002 10 Gigabit Ethernet 
Hoje Ethernet é o padrão dominante em redes locais 
802.3 Ethernet 
Protocolo MAC : 
•  CSMA/CD 
•  Slot Time é o parâmetro crítico do sistema 
•  Limite superior no tempo para detecção de colisão 
•  Limite superior no tempo para acessar o canal 
•  Limite superior no tamanho do segmento em função 
das colisões 
•  Quantums para agendamento de retransmissão 
•  Ao menos, propagação de round-trip 
• Backoff binário exponencial truncado 
•  para a n-éssima retransmissão: 0 < r < 2k, onde 
k=min(n,10) 
•  Desistir após 16 retransmissões 
Preamble SD Destination Address 
Source 
Address 
Length Information Pad FCS 
7 1 2 or 6 2 or 6 2 4 
64 to 1518 bytes Synch Start 
frame 
0 Single address 
1 Group address 
•  Endereço de destino pode ser único 
ou de grupo (broadcast = 111...111) 
•  Os endereçoss são definidos sobre 
bases locais ou universais 
•  246 endereços possíveis 
0 Local address 
1 Global address 
802.3 MAC Frame 
Quadro MAC IEEE 802.3 
Preamble SD Destination Address 
Source 
Address 
Type Information Pad FCS 
7 1 2 or 6 2 or 6 2 4 
64 to 1518 bytes Synch Start 
frame 
Ethernet Frame 
Quadro Ethernet (Padrão DIX) 
(a) 
(b) 
transceivers 
Cabeamento Ethernet 
(a) 
(b) 
     
 
    
High-Speed Backplane 
Dominio único de colisão 
Topologias Ethernet com hub e switch 
15 
Ethernet 
Switch 
Ethernet 
Switch 
Server 
100 Mbps links 
10 Mbps links 
Fast Ethernet 
Comutadores (Switches) 
•  Dispositivo multi entrada e saída que 
transfere pacotes da entrada à saída 
•  O número de portas em um switch define o 
número de hosts que podem ser conectados. 
•  Mais hosts podem ser conectados ao 
interconectar switches 
•  Enlaces ponto a ponto podem ser usados 
para estender o alcance geográfico 
•  Adicionar novos hosts não limita ou reduz o 
desempenho de outros hosts. 
Redes escaláveis 
•  Switch 
–  Encaminha pacotes de uma porta de entrada a uma porta 
de saída 
–  A porta é selecionada com pase no endereço do cabeçalho 
•  Vantagens 
–  Cobertura de áreas geográficas grandes (tolerancia à 
latência) 
–  Suporte a grande qtd de hosts (largura de banda esclável) 
Input 
ports 
T3 
T3 
STS-1 
T3 
T3 
STS-1 
Switch 
Output 
ports 
Comutação Virtual de Circuitos 
•  Estabelecimento explícito de conexão 
•  Pacotes subsequentes seguem o mesmo circuito 
•  Chamado de modelo orientado à conexão 
0 
1 3 
2 
0 
1 3 
2 
0 
1 3 
2 
5 11 
4 
7 
Switch 3 
Host B 
Switch 2 
Host A 
Switch 1 
Comutação de Datagramas 
•  Sem fase de estabelecimento de conexão 
•  Cada pacote é encaminhado de forma independente 
•  Chamado de modelo connectionless 
0 
1 3 
2 
0 
1 3 
2 
0 
1 3 
2 
Switch 3 Host B 
Switch 2 
Host A 
Switch 1 
Host C 
Host D 
Host E 
Host F 
Host G 
Host H 
Modelo de Circuito Virtual 
•  Tipicamente, esperar um RTT completo para o estabelecimento 
da conexão antes de enviar o primeiro pacote. 
•  Enquanto o pedido de conexão contém o endereço do destino, 
cada pacote contém somente um identificador, diminuindo o 
overhead por pacote. 
•  Se um comutador ou enlace falha, a conexão é quebrda e uma 
nova conexão é estabelecida. 
•  O estabelecimento de conexão é uma oportunidade para 
reserva de recursos 
Modelo de Datagrama 
•  Um host envia dados assim que estiver pronto: sem espera de 
RTT 
•  O host origem não tem forma de saber se a entrega do pacote 
tera sucesso 
•  Os pacotes são tratados de forma independente, é possível 
rotear alternativamente no caso de falhas de enlaces e 
roteadores 
•  Cada pacote deve carregar o endereço completo do destino, 
então o overhead é maior que no modelo orientado à conexão 
Pontes, switches, roteadores, gateways 
•  Dispositivos usados para interconectar 
várias redes 
– Ponte: dispositivo que interconecta duas ou 
mais redes na camada MAC 
– Roteador: dispositivo que interconecta duas 
ou mais redes na camada de rede 
– Gateway: dispositivo que interconecta duas 
ou mais redes em camadas superiores 
Uma LAN com pontes 
Bridge 
Network 
Physical 
Network 
LLC 
Physical Physical Physical 
LLC 
MAC MAC MAC MAC 
Interconexão por uma ponte 
25 
B1 
S1 S2 
B2 
S3 S4 S5 
Address Port Address Port 
port 1 port 2 port 1 port 2 
LAN1 LAN2 LAN3 
Exemplo de configuração 
26 
B1 
S1 S2 
B2 
S3 S4 S5 
Address Port Address Port 
port 1 port 2 port 1 port 2 
LAN1 LAN2 LAN3 
S1 S5 
S1 1 S1 1 
S1 envia quadro a S5 
27 
B1 
S1 S2 
B2 
S3 S4 S5 
Address Port Address Port 
port 1 port 2 port 1 port 2 
LAN1 LAN2 LAN3 
S3 S2 
S1 1 S1 1 
S3 2 S3 1 
S3 envia quadro a S2 
28 
B1 
S1 S2 
B2 
S3 S4 S5 
Address Port AddressPort 
port 1 port 2 port 1 port 2 
LAN1 LAN2 LAN3 
S4 S3 
S1 1 S1 1 
S3 2 S3 1 
S4 2 S4 2 
S4 envia quadro a S3 
29 
Bridge1 
S1 S2 
Bridge 2 
S3 S4 S5 
Address Port Address Port 
port 1 port 2 port 1 port 2 
LAN1 LAN2 LAN3 
S2 S1 
S1 1 S1 1 
S3 2 S3 1 
S4 2 S4 2 
S2 1 
S2 envia quadro a S1 
LAN1 
LAN2 
LAN3 
B1 B2 
B3 
B4 
B5 
LAN4 
(1) 
(2) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(2) 
(2) 
(2) 
(2) 
(3) 
Exemplo de Topologia