Redes II Enlaces e Redes sem Fio

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Resumo Redes II 
 
Nós – Hospedeiros e Roteadores. 
Datagrama – É uma unidade de transferência básica associada a uma rede de comutação de 
pacotes que a entrega. Hora de chegada ou à ordem não são garantidos. 
Enlaces – Canais de comunicação que se conectam a nós adjacentes pelo caminho de 
comunicação. 
 Enlaces com fio 
 Enlaces sem fio 
 LANs 
Quadro – É um pacote na camada-2 que encapsula datagrama. 
Camada de Enlace – Tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um nó adjacente 
por um enlace. 
Serviços da camada de Enlace 
Enquadramento, acesso ao enlace: 
 Encapsula datagrama no quadro, incluindo cabeçalho e trailer 
 Acesso ao canal de meio compartilhado 
 Endereços de MAC são usados nos cabeçalhos para identificar a origem e destino 
Entrega confiável entre nós adjacentes: 
 Raramente usada em enlace com pouco erro de Bit (fibra e pares trançados) 
 Enlaces sem fio: Altas taxas de erro 
Controle de Fluxo: 
 Controle entre Nós de emissão e recepção adjacentes 
Detecção de erro: 
 Erros causados por atenuação sinal, ruído 
 Receptor detecta presença de erros 
Correção de erro: 
 Receptor identifica e corrige erros de bit sem lançar mão de retransmissão 
Half-duplex e Full-duplex: 
 Half-duplex, os nós nas duas extremidades do enlaces podem transmitir, porém não 
simultâneo. 
Implementação da camada de enlace: 
 Em qualquer hospedeiro. 
 No adaptador: placa ethernet/PCMCI/802.11, implementa camada de enlace física 
 Conecta aos barramentos do sistema hospedeiro 
 Combina hardware com software 
Comunicação entre adaptadores 
Lado emissor: 
 Encapsula o datagrama no quadro 
 Incluem bits de verificação de erro, rdt (reliable data transfer), controle de fluxo, etc 
Lado receptor: 
 Procura erros, rdt, controle de fluxo, ect. 
 Extrai datagrama e passa para camada superior 
Detecção de erros 
EDC – São bits de detecção e correção de erros. 
D – Dados protegidos por verificação de erro, podem incluir campos de cabeçalho. 
 
A detecção de erro não é 100% confiável: 
 Protocolo pode perder alguns erros, porém não é comum. 
 Maior campo EDC gera uma melhor detecção e correção. 
Protocolos de acesso múltiplo 
Ponto à ponto: 
 Ppp para acesso discado 
 Enlace ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro 
Broadcast, fio ou meio compartilhado: 
 Ethernet a moda antiga 
 FHC anterior 
 Lan sem fio 802.11 
Único canal de Broadcast compartilhado. 
Duas ou mais transmissões simultâneas por nós: 
 Colisão se receber dois ou mais sinais simultâneos. 
Algoritmo distribuído que determina como os nós compartilham canal, ou sejam, determinam 
quando o nó pode transmitir. 
Comunicação sobre compartilhamento de canal usa canal próprio: 
 Nenhum canal fora-de-banda para coordenação 
A Taxonomia dos Protocolos MAC 
Particionamento de camadas: 
 Divide o canal em “pedaços menores” 
 Aloca pedaço ao nó para uso exclusivo 
Acesso Aleatório: 
 Canal não dividido permite colisões 
 “Recupera” de colisões 
“Revezando” – Passagem de Permissão: 
 Compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisões 
Protocolos MAC de Particionamento de canal 
TDMA – Time Division Multiple Acess 
 Acesso ao canal em rodadas 
 Cada estação recebe intervalo 
 Intervalos não usados ficam ociosos 
Exemplo: 
 
Lan de 6 estações: 1,3,4 tem pacotes, 2,5 e 5 estão ociosas 
 
FDMA – Frequency Division Multiple Acess 
 Canal dividido em bandas 
 Cada estão recebe banda de frequência fixa 
 Tempo de transmissão não usado fica ocioso 
 
Lan de 6 estações: 1,3,4 tem pacotes, 2,5 e 5 estão ociosas 
 
Protocolos de acesso aleatório 
 
Quando o nó tem um pacote a enviar: 
 Transmite na velocidade de dados R total 
 Sem coordenação a priori entre os nós 
Dois ou mais nós transmitindo  “colisão” 
Protocolo MAC de Acesso aleatório especifica: 
1. Como detectar colisões 
2. Como recuperar-se de colisões 
Exemplos: 
 
Slotted ALOHA 
 Cada estação tenta o acesso ao barramento tão logo tenha um pacote à transmitir 
(acesso aleatório) 
 A estação que obtiver sucesso na transmissão do pacote, recebe um sinal de 
confirmação. 
 Haverá colisão se duas ou mais estações transmitirem simultaneamente 
 A transmissão resultará em erros nos bits dos pacotes, não transmitindo o sinal de 
confirmação 
CSMA 
 É baseado em Aloha porém com maior controle de acesso 
 Verifica a existência da portadora antes de transmitir um pacote 
 CSMA pode ser: 
1. Não persistente 
2. 1 persistente 
3. P persistente 
 Quanto se detecta colisão, o acesso é chamado de CSMA/CD 
CSMA/CD 
 Colisões detectadas em pouco tempo 
 Transmissões colidindo são abortadas, reduzindo desperdício do canal 
 Melhor utilizável em LANs com fio do que sem fio. 
Revezando protocolos MAC 
Protocolos MAC de Particionamento de canal: 
 Compartilham canal de modo eficaz e justo com alta carga 
 Ineficaz com baixa carga: atraso no acesso ao canal 1/N largura de banda alocada 
mesmo que apenas 1 nó ativo 
Protocolos MAC de acesso aleatório: 
 Eficaz com baixa carga: único nó pode o canal totalmente 
 Alta carga: Sobrecarga de colisão 
“Revezando” protocolos 
 Procure o melhor dos dois mundos! 
Polling (Seleção) 
 Nó mestre “convida” nós escravos a alterarem a transmissão 
 Normalmente usado com dispositivos escravos “Burros” 
 Preocupações: 
1. Sobrecarga da seleção 
2. Latência 
3. Único ponto de falha (mestre) 
 Bluetooth e 802.15 
Passagem de permissão 
 Permissão de controle passada de um nó para o próximo sequencialmente 
 Mensagem de permissão 
 Preocupações: 
1. Sobrecarga de permissão 
2. Latência 
3. Única ponto de falha (permissão) 
Resumo de protocolos MAC 
 
Particionamento de canal: Tempo, frequência ou código. 
 Time Division, Frequency Division 
Acesso Aleatório (Dinâmico): 
 ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD 
 Percepção de portadora: Fácil em algumas tecnologias (com fio), difícil em outras (sem 
fio) 
 CSMA/CD usado na Ethernet e 802.11 
Revezamento 
 Polling do site central, passagem de permissão 
 Bluetooth, FDDI, IBM Token Ring 
 
Endereçamento MAC e ARP 
Endereço IP de 32 bits: 
 Endereço da camada de rede 
 Usado para obter datagrama até sub-rede ip de destino 
Endereço MAC (ou LAN ou físico ou Ethernet) 
 Tem como função de uma interface para outra interface conectada fisicamente 
 Endereço MAC de 48 bits 
Endereços de LAN 
Alocação de endereço MAC administrada pelo IEEE, fabricante compra parte do espaço de 
endereços MAC. 
Analogia: 
Endereço MAC é como CPF, Endereço IP é como endereço Postal. 
Endereço MAC plano  Portabilidade 
 Pode mover placa de LAN de uma para outra 
Endereço IP hierárquico Não portável 
 Endereço depende da sub-rede IP à qual o nó está conectado 
 
Como detectar um endereço MAC de B, sabendo o endereço IP de B? 
É um protocolo bastante semelhante ao DNS. 
Enquanto o DNS converte domínios para o endereço IP, o ARP converte endereço IP para 
endereço MAC. Ex: 
DNS :www.iftm.edu.br -> 200.214.23.32 
ARP : 200.214.23.32 -> 3D:11:42:98:ID:CA 
 
 
Ethernet 
Tecnologia de LAN com fio “dominante”: 
 Barata: 20 dólares para NIC 
 Primeira tecnologia em larga escala 
 Mais simples e barata que as LANs de permissão e ATM 
 Acompanhou corrida da velocidade:10 Mbps – 10 Gbps 
Topologia de estrela: 
 Topologia de barramento popular até os anos 90, onde todos os nós podiam colidir 
uns com os outros 
 Atualmente o comutador está ativo no centro 
 Cada ponta roda um protocolo Ethernet semcolidir uns com os outros 
Estrutura do quadro Ethernet 
Adaptador encapsula datagrama IP. 
 7 bytes com padrão 10101010 seguido 10101011 
 Usado para sincronizar taxas de clock do receptor e emissor 
 Endereços:6 bytes 
1. Adaptador recebe quadro com endereço de destino combinando, ou com 
endereço de broadcast, passa dados do quando ao protocolo da camada de 
rede. 
2. Caso contrário, adaptador descarta quadro 
 Tipo: Indica protocolo da camada mais alta 
 CRC: Verificado no receptor, se detectar erro, quadro é descartado. 
Ethernet não confiável e sem conexão 
Sem conexão: Sem apresentação entre NICs de origem e destino 
Não confiável: NIC de destino não envia confirmações ou não recebe confirmações à NIC de 
origem. 
 Fluxo de datagramas passados à camada de rede pode ter lacunas 
 Lacunas serão preenchidas se aplicação estiver usando TCP 
 Caso contrário, aplicação verá lacunas 
Protocolo MAC da Ethernet: CSMA/CD não Slotted 
Padrões Ethernet 802.3: camadas de enlace e física 
Muitos padrões Ethernet diferentes 
 MAC e formato de quadro comuns 
 Diferente velocidades: 2Mbps, 10Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10Gbps 
 Diferentes meios da camada Física: Fibra, Cabo 
 
 
HUBs 
São repetidores da camada física: 
 Todos os nós conectados ao hub podem colidir us com os outros 
 Sem armazenamento de quadros 
 Sem CSMA/CD no hub: NICs do hospedeiro detectam colisões 
 Bits chegando a um enlace saem em todos os outros enlaces na mesma velocidade 
 
 
 
Comutador (Switch) 
Dispositivo da camada de enlace, mais inteligente que os hubs, têm papel ativo. 
 Armazenam e repassam quadros Ethernet 
 Examinam endereço MAC do quadro que chega e repassam seletivamente o quadro 
para um ou mais enlaces de saída quando o quadro deve ser repassado no segmento, 
usa CSMA/CD para acessar segmento. 
Transparente 
 Hospedeiros não sabem da sua presença. 
Plug-and-play, autodidata 
 Comutadores não precisam ser configurados. 
O comutador permite múltiplas transmissões simultâneas: 
 Hospedeiros tem conexão dedicada, direta com comutador 
 Comutadores mantêm pacotes 
 Protocolo Ethernet usado em cada enlace de chegada mas sem colisões; Full Duplex. 
 Comutação: A-para-A e B-para-B simultaneamente, sem colisões, não possível com 
Hub burro. 
 
Tabela de comutação 
 
Como o comutador sabe que A’ se encontra na interface 4 e B’ na interface 5? 
 Cada comutador tem uma tabela de comutação, cada entrada parace com Tab. De 
roteamento. 
Como as entradas são criadas, mantidas na tabela de comutação? 
 Comutador descobre quais nós podem ser alcançados por quais interfaces. 
Comutadores vs roteadores 
Ambos são dispositivos de armazenamento e repasse. 
 Roteadores: São dispositivos da camada de rede (examinam cabeçalhos da camada) 
 Comutadores: São dispositivos da camada de enlace. 
Roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam algoritmos de roteamento. 
Switches mantêm tabelas de comutação, implementam filtragem, algoritmos de 
aprendizagem. 
 
 
 
Controle de enlace de dados ponto a ponto 
 
Um remetente, um destinatário, um enlace: mais fácil que enlace broadcast: 
 Sem Media Access Control 
 Desnecessário endereçamento MAC explícito 
 P.E., enlace discado, linha ISDN 
Protocolos DLC ponto a ponto populares: 
 PPP 
 HDLC: High Level Data Link Control 
Requisitos de projeto do PPP 
 
Enquadramento de pacote: Encapsulamento de datagrama da camada de rede no quadro da 
camada de enlace de dados 
 Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo da camada de rede ao 
mesmo tempo 
 Capacidade de demultiplexar para cima 
Transparência de bit: Deve transportar qualquer padrão de bits no campo de dados 
Detecção de erro: Sem correção 
Vida da conexão: Detectar, sinalizar falha do enlace à camada de rede 
Negociação de endereço da camada de rede: Extremidades podem descobrir/configurar 
endereço de rede umas das outras 
Múltiplos protocolos de rede e tipos de enlace 
Simplicidade 
Não requisitos do PPP 
 Sem correção de erro 
 Sem controle de fluxo 
 Entrega fora de ordem OK 
 Sem necessidade de suporte a enlaces multiponto 
Quadro de dados PPP 
 Floag: delimitador 
 Endereço: Não faz nada 
 Controle: Não faz nada; no futuro, possíveis campos de controle múltiplo 
 Protocolo: Protocolo de camada superior ao qual o quadro é entregue 
 Informação: Dados da camada superior sendo transportados 
 Verificação: CRC para detecção de erro 
Byte Stuffing 
Requisito de transparência de dados: Camos de dados deve poder incluir padrão de flag 
<011111110> 
Remetente: Inclui byte <011111110> extra após cada byte de dados<0111110> 
Redes sem fio e redes móveis 
 Sem fio: comunicação por enlace sem fio 
 Mobilidade: Tratar do usuário móvel, que muda o ponto de conexão com a rede 
Características do enlace sem fio 
 Redução da força do sinal: Sinal de rádio se atenua enquanto se propaga pela matéria 
 Interferência de outras fontes: Frequência padrão de rede sem fio compartilhadas 
com outros dispositivos também interferem 
 Propagação Multivias: Sinal de rádio reflete-se em objetos e no solo, chegando ao 
destino em momentos ligeiramente diferentes 
SNR – Signal to Noise Ratio 
Literalmente falando é a sobra de sinal para o funcionamento do sistema. Quanto maior essa 
sobra melhor para a estabilidade do mesmo. 
BER – Bit Error Rate 
É a razão entre o número de Bits incorretos recebidos e os transmitidos. 
SNR VS BER 
 Camada física: Aumenta a potência  aumenta o SNR Diminui BER 
Ad Hoc 
 Em redes ad hoc, hospedeiros sem fio não dispõem de nenhuma infraestrutura com a 
qual se conectar. 
 Os próprios hospedeiros devem prover serviços como roteamento, atribuição de 
endereço, tradução de endereços (similar ao DNS) e outros. 
 Nós podem transmitir somente para outros nós dentro do alcance do enlace. 
Problemas da rede sem fio 
 Terminal oculto: Uma obstrução como um prédio pode impedir que a estação A não 
perceba que a estação C está transmitindo ao mesmo tempo (causando uma 
interferência no seu destino, B). 
 
 Atenuação do sinal: situação onde os terminais A e C não detectam a transmissão um 
do outro, pois o sinal está fraco pela distância entre eles, mas suficientemente fortes 
para interferir na estação B.