Questões camada de enlace/redes sem fio e redes móveis

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LISTA 1 – CAMADA DE ENLACE
1. Se todos os enlaces da Internet fornecessem serviço confiável de entrega, o serviço confiável de entrega TCP seria redundante? Justifique sua resposta.
Para resolvermos o problema, utilizaremos os conhecimentos na camada de enlace, que contém os canais de difusão(broadcast) e de comunicação ponto a ponto. A camada de enlace aborda os enlaces, as redes de acesso e as redes locais. Embora cada link garanta que um datagrama IP enviado sobre o link será recebido na outra extremidade do link sem erros, não é garantido que os datagramas IP chegarão ao destino final na ordem correta. Com IP, os datagramas na mesma conexão TCP podem ter rotas diferentes na rede e, portanto, chegarem fora de ordem. Portanto, o TCP ainda é necessário para fornecer a extremidade de recepção do aplicativo o fluxo de bytes na ordem correta. Além disso, o IP pode perder pacotes devido a loops de roteamento ou falhas de equipamento.
2. Cite alguns possíveis serviços que um protocolo de camada de enlace pode oferecer à camada de rede. Quais desses serviços de camada de enlace tem serviços correspondentes no IP? E no TPC?
Serviços oferecidos à camada de rede: Enquadramento de dados, acesso ao enlace, entrega confiável, controle de fluxo, detecção de erros, correção de erros, half-duplex e full-duplex.
Serviços de enlace que tem correspondentes ao IP: Enquadramento de dados, acesso ao enlace.
Serviços de enlace que tem correspondente no TCP: Enquadramento de dados, acesso ao enlace, entrega confiável, controle de fluxo, detecção de erros, correção de erros.
A camada de rede cumpre o papel de transportar pacotes de um hospedeiro remetente para um hospedeiro destinatário. As duas principais funções da camada de rede são “repasse”, que é a condução de um pacote ao enlace de saída apropriado, após este chegar ao enlace de entrada do roteador, e “roteamento”, que é determinar os caminhos fim a fim que os pacotes percorrem desde a origem até seu destino. Alguns exemplos de serviços que um protocolo da camada de enlace pode oferecer a camada de rede: enquadramento de dados, acesso ao enlace, entrega confiável e detecção e correção de erros. No processo de enquadramento de dados, a camada de enlace encapsula cada datagrama recebido da camada de rede em um quadro. Com o acesso ao enlace, um protocolo de controle de acesso ao meio (médium access control, MAC) especifica as regras segundo as quais um quadro é transmitido pelo enlace. Entrega confiável existe porque os protocolos da camada de enlace entregam os datagramas da camada de rede sem erros. Por fim, detecção e correção de erros acontece quando os protocolos da camada de enlace detectam os erros de bits presentes em um quadro, e são capazes de corrigí-los. Dos serviços mencionados acima, podemos dizer que existem correspondentes para enquadramento de dados e detecção de erros. Já para o TCP, existem correspondentes para os serviços de enquadramento de dados, entrega confiável e detecção de erros. Enquadramento de dados (correspondente no IP e TCP), acesso ao enlace, entrega confiável (TCP) e detecção e correção de erros (detecção tem no IP e TCP).
7. Que tamanho tem o espaço de endereço MAC? E o espaço de endereço IPv4? E o espaço de endereço IPv6?
MAC: 48 bits – 2^48 end.
IPv4: 32 bits – 2^32 end.
IPv6: 128 bits – 2^128 end.
8. Suponha que cada um dos nós A, B e C esteja ligado à mesma LAN broadcast (por meio de seus adaptadores). Se A enviar milhares de datagramas IP a B com quadro de encapsulamento endereçado ao endereço MAC de B, o adaptador de C processará esses quadros? Se processar, ela passará os datagramas IP desses quadros para C (isto é, para o nó pai do adaptador)? O que mudaria em suas respostas se A enviasse quadros com endereço MAC de broadcast?
Para resolvermos o problema, utilizaremos nossos conhecimentos na camada de enlace, que contém os canais de difusão (broadcast) e de comunicação ponto a ponto. A camada de enlace aborda os enlaces, as redes de acesso e as redes locais.
O adaptador de C vai processar os quadros, mas o adaptador não vai passar os datagramas até a pilha de protocolos. Portanto, se o endereço de difusão de LAN for usado, o adaptador de C processará os quadros e passará os datagramas para cima da pilha de protocolos.
9. Por que uma pesquisa ARP é enviada dentro de um quadro broadcast? Por que uma resposta ARP é enviada dentro de um quadro com um endereço MAC de destino específico?
Para alcançar todos os hosts ativos na rede, de modo a encontrar quem tem o endereço físico correspondente ao endereço da camada de rede que o host requerente precisa. Como não se sabe o endereço, tem que perguntar a todos (broadcast).
Quando o host pesquisado recebe a pesquisa ARP e constata que a pergunta é para ele, o mesmo deve responder apenas a quem perguntou, evitando tráfego na rede.
Uma consulta ARP é enviada em um quadro de transmissão porque o host de consulta não indica qual endereço do adaptador corresponde ao endereço IP em questão. Para a resposta, o nó de envio sabe o endereço do adaptador ao qual a resposta deve ser enviada. Portanto, não há necessidade de enviar uma moldura de transmissão (que teria de ser processada por todos os outros nós na LAN).
10. Na rede da figura 5.19, o roteador tem dois módulos ARP, cada um com sua própria tabela ARP. É possível que o mesmo endereço MAC apareça em ambas as tabelas?
Cada LAN tem seu próprio conjunto distinto de adaptadores conectados a ele, com cada adaptador tendo um endereço LAN exclusivo. Portanto, não é possível que o mesmo endereço MAC apareça em ambas.
P9. Considere três LANs interconectadas por dois roteadores, como mostra o diagrama a seguir:
a. Faça um novo desenho do diagrama incluindo os adaptadores.
b. Atribua endereços a todas as interfaces. Para a sub-rede 1, use endereços do tipo 111.111.111.xxx; para a sub-rede 2, use endereços do tipo 122.222.222.xxx, e para a sub-rede 3 use endereços do tipo 133.133.133.xxx
c. Atribua endereços de MAC para todos os adaptores.
Considerando as tabelas ARP atualizadas, podemos enumerar as etapas de cada processo nos roteadores.
1. A tabela de encaminhamento em E determina que o datagrama deve ser encaminhado para a interface 192.168.3.002
2. O adaptador em E cria o pacote Ethernet com endereço de destino Ethernet 88-88-88-88-88-88
3. O roteador 2 recebe o pacote e extrai o datagrama. A tabela de encaminhamento neste roteador indica que o datagrama deve ser encaminhado para 192.168.2.002
4. O roteador 2 envia o pacote Ethernet com o endereço de destino 33-33-33-33-33-33 e endereço de fonte de 55-55-55-55-55-55 via sua interface com endereço IP de 192.168.2.003
5. O processo continua até que o pacote tenha atingido o host B
d. Considere o envio de um datagrama IP do hospedeiro A ao hospedeiro F. Suponha que todas as tabelas ARP estejam atualizadas. Enumere todas as etapas como foi feito no exemplo de um único roteador na seção 5.4.2.
ARP em E deve agora determinar o endereço MAC de 192.168.3.002. O host E envia um pacote de consulta ARP dentro de uma moldura Ethernet de transmissão. O roteador 2 recebe o pacote de consulta e envia para o Host E um pacote de resposta ARP. Portanto, este pacote de resposta ARP é transportado por um quadro Ethernet com endereço de destino Ethernet 77-77-77-77-77-77
e. Repita (d), admitindo agora que a tabela ARP do hospedeiro remetente esteja vazia (e que as outras tabelas estejam atualizadas).
LISTA 2 – REDES SEM FIO E REDES MÓVEIS
1. Descreva o papel dos quadros de sinalização em 802.11
Quadros de sinalização contêm os endereços MAC (controle de acesso ao meio, médium access control) e SSID (identificador de conjunto de serviços, services set identifier), de um ponto de acesso. Os pontos de acesso devem transmitir quadros de sinalização periodicamente em um dos canais, de acordo com o protocolo 802.11. Quando uma estação sem fio entra em uma selva de wi-fis, que é uma localização física onde uma estação recebe sinal suficientementeforte de dois ou mais APs, ela vasculha os canais procurando pelo quadro de sinalização dos diferentes APs. Com essa informação, a estação pode se associar a um dos APs disponíveis. Portanto, o papel dos quadros de sinalização é ajudar estações sem fio a encontrar e identificar pontos de acesso próximos, para que possam se associar a eles.
3. Verdadeiro ou falso: antes de uma estação 802.11 transmitir um quadro de dados, ela deve primeiramente enviar um quadro RTS e receber um quadro CTS correspondente.
Para evitar desperdício de canal em transmissões com terminais ocultos, o protocolo IEE 802.11 permite que uma estação utiliza um quadro de controle RTS (solicitação de envio, request to send) curto e um quadro de controle CTS (pronto para envio, clear to send) curto para reservar acesso ao canal. Quando um remetente quer enviar um quadro DATA, ele envia primeiro um RTS ao ponto de acesso indicando o tempo total requerido para a transmissão e o ACK. O AP, ao receber o RTS, responde transmitindo o CTS, que dá ao remetente uma permissão explícita para enviar e também instrui as outras estações a não enviar nada durante o tempo reservado. Considerando essas informações, uma estação sem fio usa a sequência RTS/CTS para reduzir colisões. Contudo, ela consome recursos do canal e pode causar atrasos. Assim, cada estação define um limite, onde a sequência só é usada para quadros maiores que o limite estabelecido. Ou seja, RTS/CTS é usado para reserva de canal somente para transmissões de quadros longos, logo, a afirmação é falsa.
4. Por que são usados reconhecimentos em 802.11, mas não em Ethernet cabeada?
Rede sem fio é uma infraestrutura de comunicações que permite a transmissão de informações entre sistemas sem a necessidade de uso de meios físicos. Reconhecimento (ACK, acknowlegment) é um sinal enviado entre processos de comunicação que indica recebimento, como parte de um protocolo. Taxa de erro de bits (BER, bit error rate) é a probabilidade de um bit transmitido ser recebido com erro no destinatário. Considerando uma rede sem fio, quando uma estação envia um quadro, este pode ou não alcançar seu destino. A principal razão para que isso ocorra é devido a uma alta taxa de erro de bits nos canais. O protocolo 802.11 utiliza o esquema de reconhecimentos de forma a garantir que os pacotes são recebidos corretamente. Por outro lado, em uma rede cabeada Ethernet, a taxa de erro de bits é muito pequena e pode ser descartada, porque a transmissão é muito confiável. Logo, não é necessário o uso de ACKs. Portanto, ACKs são usados em redes 802.11 porque a transmissão não é tão confiável quanto em uma rede cabeada Ethernet, podendo haver uma alta taxa de erro de bits.
5. Verdadeiro ou falso: Ethernet e 802.11 usam a mesma estrutura de quadro.
A maioria dos protocolos da camada de enlace encapsulam cada datagrama da camada de rede dentro de um quadro da camada de enlace antes de transmití-lo. Um quadro consiste de um campo de dados no qual o datagrama é inserido e em uma série de campos de cabeçalho. Apesar de encontrar algumas similaridades, temos diferenças entre os quadros 802.11 e Ethernet. O quadro 802.11 contém vários campos que são específicos para sua utilização para enlaces sem fio. Segue abaixo o quadro 802.11. Em cima de cada campo está seu tamanho em bytes.
Agora o Ethernet.
Portanto é falsa. 
P4. Suponha que dois ISPs fornecem acesso Wi-Fi em um determinado café, e que cada um deles opera seu próprio AP e tem seu próprio bloco de endereços IP.
a. Suponha ainda mais, que, por acidente, cada ISP configurou seu AP para operar no canal 11. O protocolo 802.11 falhará totalmente nessa situação? Discuta o que acontece quando duas estações, cada uma associada com um ISP diferente, tentam transmitir ao mesmo tempo.
Consideremos a situação dada. Os dois pontos de acesso, que chamaremos de AP1 e AP2, terão diferentes endereços MAC e SSID (identificador de conjunto de serviços, servisse set identifier), e um deles será associado à estação sem fio que chega ao local. Depois dessa associação, existe um link virtual entre essa nova estação e o AP. Considerando que a associação tenha ocorrido entre o AP1 e a estação sem fio. Quando um novo quadro é enviado pela estação, será direcionado ao AP1. O AP2 também receberá o quadro, porém não será capaz de processá-lo justamente por não ter sido endereçado a ele. Logo, dois ISPs podem trabalhar em paralelo no mesmo canal. Contudo, os ISPs estarão dividindo a mesma largura de banda sem fio. Assim, se estações sem fio transmitirem ao mesmo tempo pelo mesmo canal, uma colisão ocorrerá. A taxa de transmissão agregada máxima para os dois ISPs é 11Mbps. Portanto, o protocolo 802.11 não falhará totalmente na situação dada. Porém, se as estações associadas a ISPs diferentes transmitirem ao mesmo tempo ocorrerá colisão.
b. Agora suponha que um AP opera no canal 1 e outro no canal 11.
Considerando a situação dada. Nesse caso, as duas estações sem fio operam em diferentes canais. Com isso, não haverá colisão. A taxa de transmissão agregada máxima para os dois ISPs é 22Mbps
P8. Suponha que o correspondente na figura 6.17 fosse móvel. Faça um desenho esquemático da infraestrutura adicional de camada de rede que seria necessária para rotear o datagrama do usuário móvel original até o correspondente (que agora é móvel). Mostre a estrutura do(s) datagrama(s) entre o usuário móvel original e o correspondente (agora móvel), como na figura 6.18.
6.17
6.18
Um nó móvel é aquele que muda seu ponto de conexão com a rede ao longo do tempo. Em um ambiente de rede, a residência permanente de um nó móvel é conhecida como rede nativa, e a entidade dentro dessa rede que executa o gerenciamento de funções de mobilidade em nome do nó móvel é conhecida como agente nativo. A rede na qual o nó móvel está residindo é conhecida como rede externa ou rede visitada, e a entidade dentro da rede externa que auxilia o nó móvel no gerenciamento das funções de mobilidade é o agente externo. Considerando que o correspondente é um nó móvel. Os datagramas direcionados ao correspondente a partir do usuário móvel original serão encaminhados primeiramente para a rede nativa do correspondente, para em seguida serem encaminhados para sua rede externa. A rede externa então roteia datagramas para o correspondente.
P9. Em IP móvel, que efeito terá a mobilidade sobre atrasos fim-a-fim de datagramas entre a fonte e o destino?
Um nó móvel é aquele que muda seu ponto de conexão com a rede ao longo do tempo. Em um ambiente de rede, a residência permanente de um nó móvel é conhecida como rede nativa, e a entidade dentro dessa rede que executa o gerenciamento de funções de mobilidade em nome do nó móvel é conhecida como agente nativo. A rede na qual o nó móvel está residindo é conhecida como rede externa ou rede visitada, e a entidade dentro da rede externa que auxilia o nó móvel no gerenciamento das funções de mobilidade é o agente externo. IP móvel é uma extensão para a infraestrutura IP que permite que um nó móvel utiliza um único endereço permanente à medida que se locomove entre as sub-redes. Com IP móvel, datagramas são roteados utilizando-se um método de roteamento indireto. Se o destino é um nó móvel que está visitando sua rede externa, os datagramas devem primeiro ser roteados para o agente nativo, que então encapsula o pacote recebido e o roteia o pacote original para o nó móvel. Por isso, com roteamento direto, os atrasos geralmente são maiores. Portanto, com IP móvel, um processo de roteamento indireto é utilizado, de modo a diminuir o atraso fim a fim.