Mestrado em Engenharia de Telecomunicações. Redes de Computadores I. Departamento de Engenharia de Telecomunicações

(1)

Disciplina

: Redes de Computadores I

:

Arquitetura IEEE 802

Padrões IEEE 802.3, 802.11, 802.2, 802.16

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

deborams@telecom.uff.br

Arquitetura

IEEE 802

Padrões

IEEE 802.3, 802.11, 802.2, 802.16

Profa. D

é

bora

Christina

Muchaluat

Saade

deborams

@

telecom.uff.br

Departamento de Engenharia de Telecomunica

ç

ões

-

UFF

2

Redes de Computadores I

Arquitetura

IEEE 802

ISO/IEC

Joint Technical Committees 1 (JTC 1) on Information Technology ANSI American National Standards Institute ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

...

IEEE Institute of Electrical and Eletronics Engineers

IEEE Project 802 Local and Metropolitan Area Networks Standards

IEEE

-

Institute of

Electrical and Electronics

Engineers

Conjunto

de

Padrões

para

Redes

Locais

–

LAN

–

Local Area

Networks

–

esta

ç

ões

estão

a

poucos

quilômetros

umas

das

outras

(2)

4

Comitê

de

Padroniza

ç

ão

do

Projeto

IEEE 802

Comitê

Executivo

802.1 Interligação e Gerência 802.3 CSMA/CD 802.2 LLC 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 MAN 802.8 Fibra Ótica 802.10 Segurança 802.9 Serviços Integrados 802.11 WLANs - Wireless

Local Area Networks

802.12 Demand Priority Access

802.7 Banda Larga

802.15 WPANs - Wireless

Personal Area Networks

802.16 WMANs

-Broadband Wireless Access

802.17 RPR

-Resilient Packet Ring

802.18 Radio Regulatory

6

Aplica

ç

ão

Apresenta

ç

ão

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

F

í

sico

LLC (802.2) LLC (802.2) MAC MAC

F

í

sico

Arquitetura OSI Arquitetura IEEE

OSI x IEEE 802

(3)

7

Arquitetura

IEEE 802

(

Redes

Locais

de

Computadores

)

Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico LLC LLC MAC Físico MAC Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Host B Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Host A comunicação fim-a-fim 8 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Camadas

da

Arquitetura

IEEE 802

Logical Link

Control (LLC)

Medium Access

Control (MAC)

Physical Layer

(PHY)

(4)

9

N

í

vel

F

í

sico

Logical Link

Control (LLC)

Medium Access

Control (MAC)

Physical Layer

(PHY)

Estabelecimento

,

manutencão

e

libera

ç

ão

de

conexões

f

í

sicas

transmissão

de bits

atrav

é

s

de um

meio

f

í

sico

–

Cabo

coaxial

–

Par

tran

ç

ado

–

Fibra

ó

tica

M

é

todo

de

codifica

ç

ão

Taxa

de

Transmissão

10

Camada

de

Controle

de

Acesso

ao

Meio

Logical Link

Control (LLC)

Medium Access

Control (MAC)

Physical Layer

(PHY)

Endere

ç

o

MAC

Organiza

ç

ão

do

acesso

ao

meio

f

í

sico

compartilhado

–

Barra

,

Anel

,

Wireless

Detec

ç

ão

de

erros

(CRC)

Delimita

ç

ão

de

quadros

T

é

cnicas

–

CSMA

-

CD (802.3)

–

Token Ring (802.5)

–

Token Bus (802.4)

–

DQDB (802.6)

–

CSMA/CA (802.11)

–

...

(5)

11

Camada

de

Controle

de Enlace

L

ó

gico

Independência

da

camada

MAC

LSAPs

Multiplexa

ç

ão

Controle

de

erros

e de

fluxo

Tipos

de

opera

ç

ão

Classes de

procedimentos

Logical Link

Control (LLC)

Medium Access

Control (MAC)

Physical Layer

(PHY)

13 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Padrões

IEEE 802.X

802.2

802.3

802.4 802.5 802.11

802.1 Relacionamento

entre os Padrões 802

LLC

MAC

PHY

(6)

Disciplina

: Redes de Computadores I

:

Padrão IEEE 802.3

Padrão

IEEE 802.3

Departamento de Engenharia de Telecomunica

ç

ões

-

UFF

16

Padrão 802.3

–

Ethernet

Camadas MAC e F

í

sica

Protocolo de acesso

–

CSMA/CD

Redes Locais com Topologia L

ó

gica em Barra

Taxas

de

Transmissão

–

10 Mbps

–

Ethernet

–

100 Mbps

–

Fast Ethernet

–

1

1 Gbps

Gbps

–

Gigabit Ethernet

–

IEEE 802.3ae

–

10

10 Gbps

Gbps

(

conectividade

para

MANs

(7)

17

Op

ç

ões para as Extensões

à

rede

Ethernet

1980:

Ethernet

.

1985: IEEE 802.3.

–

Ethernet

Comutada (

switched

Ethernet

).

1995: IEEE 802.3u

Fast

Ethernet

.

–

1997:

Ethernet

Full

-

duplex

.

1998: IEEE 802.3z

Gigabit

Ethernet

.

2002: IEEE 802.3

ae

10

10 Gigabit

Gigabit

Ethernet

.

????

Ethernet

!!!!

Padrão

IEEE 802.3

Semântica

do

Protocolo

da

Camada

MAC

–

CSMA

-

CD

–

Espera

Aleat

ó

ria

Exponencial

Truncada

Funcionamento

Full

-

Duplex (Ethernet, Fast, Giga, 10

Giga)

–

(8)

T

22

CSMA/CD

Tempo

T

11

T

33 Colisão Colisão Colisão 21 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Técnica CSMA/CD

Esta

EstaççãoãoAtivaAtiva

Meio

MeioLivreLivre??

Inicia Inicia Transmissão Transmissão Sim Não Sim Não Colisão

Colisão?? _Transmissão_TransmissãoInterrompeInterrompe

Incrementa

Incrementacontadorcontador de

de nnúúmeromerode de colisõescolisões

Refor

Reforççoodede

Colisão

Colisão(JAM)(JAM)

Atraso

AtrasoAleatAleatóóriorio

ponderado

ponderadopelopelo n

núúmeromerode de colisõescolisões

Termina

Transmissão

(9)

22

CSMA/CD

-

Retransmissão

Espera

Aleat

ó

ria

Exponencial

Truncada

–

se

houve

colisão

,

espera

tempo

aleat

ó

rio

entre

0

0 e (

e (

limite

superior)2*

n

–

o

limite

é

dobrado

a

cada

colisão

sucessiva

at

é

o

n

ú

mero

m

á

ximo

de

colisões

:

•

• nas

nas

primeiras

10

10 tentativas

tentativas

n

varia

de 1 a 10,

nas

tentativas

subseq

ü

entes

,

n

continua com o valor 10.

•

• depois

depois

de 16

tentativas

mal

sucedidas

, a interface

reporta

tempo de

acesso

infinito

(

aborta

transmissão

).

–

retardo

de

transmissão

pequeno

no

come

ç

o

e

grande

depois

,

evitando

sobrecarga

IEEE 802.3

bittime

-

tempo

para

transmitir

1 bit

IFG

-

interframe

gap = 96

bittimes

–

10 Mbps = 9,6

microssegundos

–

100 Mbps = 960

nanossegundos

–

1

1 Gbps

Gbps

= 96

nanossegundos

Limite

superior

para

escolha

do tempo

–

512

512 bittimes

bittimes

Em

caso

de

colisão

–

transmite

JAM

at

é

completar

(10)

25

Padrão

IEEE 802.3

Formato

da

PDU

da

Camada

MAC

56 Bits Preâmbulo Preâmbulo

48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits Destinatário Remetente Comprimento Dados FCSFCS

8 Bits SD PAD 26 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

PDU 802.3

Preâmbulo

: 7 bytes 10101010 (

sincroniza

ç

ão

do

transmissor

e receptor

-

-codifica

codifica

ç

ão

Manchester)

SD

-

Start Delimiter

-

10101011

Endere

ç

os

(

os

fabricantes

decidem

se

usam

1

1 ou

ou

ambas

as

formas

de

endere

ç

o

):

–

1o. Bit

indica

se

é

ú

nico

(0)

ou

grupo

(1), broadcast (

todos

os

bits 1)

–

16 bits:

localmente

administrados

–

48 bits:

esquema

de

endere

ç

amento

universal

fornecido

pelo

fabricante

(2o. Bit

indica

se

é

local (1)

ou

universal (0))

–

2^46

endere

ç

os

universais

PAD

para

satisfazer

tamanho

m

í

nimo

do

quadro

M >= 2CTp

tamanho

m

í

nimo

(64 bytes a

partir

de DA) e

m

á

ximo

(1518 bytes = 1,5

KB)

FCS

-

CRC

-

32: x

3232

_{+ x}

2626

_{+ x}

2323

_{+ x}

2222

_{+ x}

1616

_{+ x}

1212

_{+ x}

1010

_{+ x}

88

_{+ x}

77

_{+ x}

55

_{+ x}

44

_{+ x}

22

₊

x + 1

(11)

27

Quadro

IEEE 802.3 x

Quadro

Ethernet

Ethernet e 802.3 podem interoperar:

–se valor do campo comprimento/(tipo do protocolo) > 1500 => é interpretado como tipo do protocolo (quadro ethernet)

–se valor <= 1500 => é interpretado como comprimento (quadro 802.3)

Preâmbulo

Preâmbulo SD Destinatário Remetente Comprimento Dados PAD FCSFCS

Preâmbulo

Preâmbulo Destinatário Remetente

Tipo do protocolo

Dados FCSFCS

SD

56 Bits 8 Bits 48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits

IEEE 802.3 Ethernet 33 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Padrão

para

N

í

vel

F

í

sico

802.3

802.3 Nomenclatura

Nomenclatura

:

taxa de transmissão em Mbps técnica de sinalização (Base ou Broad)

(tamanho máximo do segmento)/100 ou

letra indicando o meio físico

(12)

34

Padrões

do

N

í

vel

F

í

sico

IEEE 802.3

802.3

802.3 -

-

Ethernet (10 Mbps)

–

– 10Base5, 10Base2, 10BROAD3610Base5, 10Base2, 10BROAD36

–

– 10BaseT10BaseT

–

– 10BaseF10BaseF

802.3u

-

Fast Ethernet (100 Mbps)

–

– 100BaseTX (UTP ou100BaseTX (UTP ouSTP)STP)

–

– 100BaseT4 (UTP)100BaseT4 (UTP)

–

– 100BaseFX (fibra100BaseFX (fibra))

802.3z

-

Gigabit Ethernet (1Gbps)

–

– 1000BaseT (UTP)1000BaseT (UTP)

–

– 1000BaseCX (STP)1000BaseCX (STP)

–

– 1000BaseLX, 1000BaseSX (fibra1000BaseLX, 1000BaseSX (fibra))

802.3ae

–

10 Gigabit Ethernet (10Gbps)

–

– SóSófibrafibraóticaótica

–

– SomenteSomenteoperaoperaççãoãofull-full-duplex (switch)duplex (switch)

–

– 10GBASE-10GBASE-XX

–

– DistânciasDistânciaspodempodemchegarchegara 40Kma 40Km

cabo coaxial

par trançado ou fibra

49

Interliga

ç

ão

de

M

ú

ltiplos

Segmentos

(13)

50

Dom

í

nio de Colisão

N

ú

mero

m

á

ximo

de

esta

ç

ões

: 1024

10, 100

ou

1Gbps

Interliga

(14)

52

Ethernet (10Mbps)

Regra

5

5 -

-

4

4 -

-

3

3 No

No

caminho

entre

2

2 esta

esta

ç

ões

quaisquer

–

5

5 Segmentos

Segmentos

–

4

4 Repetidores

Repetidores

–

3 mixing segments

53

Extensões ao

Ethernet

Fast

Ethernet

(100

Mbps

):

–

2 segmentos (distância m

á

xima em torno de 200m)

–

1 ou 2 repetidores

•

• S

S

ó

1 repetidor Classe I (interligam segmentos com

tipos de codifica

ç

ão distintos)

•

• 2 repetidores Classe II (interligam segmentos com

2 repetidores Classe II (interligam segmentos com

mesmo tipo de codifica

ç

ão) separados por no m

á

ximo

5 metros

Gibabit

Ethernet (1

Gbps

):

–

Tamanho m

í

nimo do quadro = 512 bytes

–

2 segmentos (distância m

á

xima em torno de 200m)

–

(15)

54

Fast

Ethernet

(100Mbps)

Disciplina

: Redes de Computadores I

:

Padrão IEEE 802.11

Redes Locais sem Fio

Padrão

IEEE 802.11

Redes

Locais

sem

Fio

Departamento de Engenharia de Telecomunica

(16)

98

Redes

Locais

sem

Fio

Padrão desenvolvido pelo IEEE projeto 802.11

Wireless Local-Area Networks Standard Working Group

Define:

– nível físico:

– frequência de rádio

– infravermelho

– Camada MAC - DFWMAC (Distributed Foundation

Wireless MAC) – CSMA/CA – Polling 100 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

IEEE 802.11

-

padrões

IEEE 802.11

-

The original 2

Mbit/s

, 2.4 GHz standard

IEEE 802.11a

-

54

54 Mbit/s

Mbit/s

, 5 GHz standard (1999,

shipping products in 2001)

IEEE 802.11b

-

Enhancements to 802.11 to support 5.5

and 11

Mbit/s

(1999)

IEEE 802.11g

-

54

54 Mbit/s

Mbit/s

, 2.4 GHz standard (backwards

compatible with b) (2003)

(17)

102

IEEE 802.11

Área coberta pela rede é dividida em

células (BSA)

Rede local sem fio Ad-Hoc

– ESS com um único BSS

Rede local sem fio com infra-estrutura

– Sistema de Distribuição – AP – access point 103 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Rede

sem

Fio

Ad

-

Hoc

E E--11 E E--22

BSS = ESS

BSA (Basic Service Area) = célula

BSS (Basic Service Set) = estações comunicando-se em uma BSA E

E--44

E

(18)

105

Rede

sem

Fio

com Infra

-

estrutura

BSA (Basic Service Area) = célula

BSS (Basic Service Set) = estações comunicando-se em uma BSA AP (Access Point)

ESS (Extended Service Set) = estações comunicando-se em vários BSS’s

AP-A AP-B E-A1 E-A2 E-B1 E-B2

BSS-A

_BSS-B

Sistema de Distribuição ESS 108 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Camadas 802.11

MAC:

–

Acesso

ao

meio

–

Fragmenta

ç

ão

–

Criptografia

(WEP

–

Wired Equivalent

Privacy

)

PLCP:

–

Indica

ç

ão

de

meio

livre

(CCA

–

Clear

Channel Assessment

)

–

Oferece

SAP

comum

independente

da

tecnologia

de

transmissão

PMD:

–

Modula

ç

ão

–

Codifica

ç

ão/decodifica

ç

ão

de

sinais

Medium Access Control (MAC)

Physical Medium Dependent (PMD) Physical Layer Convergence

Protocol (PLCP) _Camada Física

(19)

109

Camada F

í

sica

Transmissão a 1 ou 2Mbps

–

2.4GHz (Banda reservada para LAN, uso m

é

dico e

industrial)

Infravermelho (IR)

-

InfraRed

Radiodifusão

–

direct

sequence

spread

spectrum

(DSSS)

–

frequency

hopping

spread

spectrum

(FHSS)

–

802.11a

-

r

á

dio (OFDM) em 5 GHz (6 a 54

Mbps

)

–

802.11b

-

r

á

dio (DSSS) em 2.4 GHz (5,5 e 11

Mbps

)

–

802.11g

-

54

54 Mbit/s

Mbit/s

, 2.4 GHz (

compat

í

vel

com

802.11b) (2003)

–

802.11n

–

100

100 Mbit

Mbit

/s

–

previsão para fim de 2005

118

DFWMAC

Distributed Foundation Wireless MAC

Define

dois

M

é

todos

de

Acesso

(

Fun

ç

ões

de

Coordena

ç

ão

)

Distributed Coordination Function

-

DCF

–

Distribu

í

do

(

Obrigat

ó

rio

)

–

Decisão

de

quando

transmitir

é

tomada

individualmente

–

CSMA/CA

–

Possibilidade

de

transmissões

simultâneas

Point Coordination Function

-

PCF

–

Centralizado

(

Opcional

)

–

Decisão

de

quem

deve

transmitir

centralizada

em um

ponto

–

Precisa

do AP

–

redes

com infra

-

estrutura

–

Polling

–

(20)

119

Controle

de

Acesso

DFWMAC

Meio Ocupado

DIFS

PIFS

Acesso c/ Contenção

IFS - Inter Frame Space

PIFS - PCF (Priority) IFS: Point Coordination Function

DIFS - DCF (Priority) IFS: Distributed Coordination Function

Próximo Quadro

120

DCF:

por

que

não

usar

CSMA/CD?

Limita

ç

ões

:

–

Meio sem fio:

é

dif

í

cil detectar outro sinal al

é

m do

sinal da pr

ó

pria esta

ç

ão, com as antenas de

transmissão e recep

ç

ão pr

ó

ximas uma da outra.

–

Nem

todas

esta

ç

ões

de

uma

BSA

são

capazes

de

receber

os

sinais

de

todas

as

demais

:

–

(21)

121

Problema

com CSMA

em

redes

sem

fio

Nem

todas

as

esta

ç

ões

estão

no

alcance

de

todas

as

demais

esta

ç

ões

:

–

Problema

da

esta

ç

ão

escondida

:

•

• C

C

não

percebe

a

transmissão

de A

para

B.

A A BB CC DD Alcance Alcance de A de A Alcance Alcance de C de C 122 Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Problema

com CSMA

em

redes

sem

fio

Nem

todas

as

esta

ç

ões

estão

no

alcance

de

todas

as

demais

esta

ç

ões

:

–

Problema

da

esta

ç

ão

exposta

:

•

• C

C

não

transmite

para

D se B

estiver

transmitindo

para

A.

A A BB CC DD Alcance Alcance de B de B Alcance Alcance de C de C

(22)

123

Solu

ç

ão

: CSMA/CA

CSMA/CA com

requisi

ç

ão

(RTS) e

reconhecimento

(CTS):

–

Uma

requisi

ç

ão

é

enviada

ao

destino

antes de

transmitir

os

dados:

•

• É

É

enviado

um

quadro

RTS

–

Request To Send.

–

O

destino

responde

com

uma

autoriza

ç

ão

:

•

• É

É

enviado

o

quadro

CTS

–

Clear To Send.

–

Ap

ó

s

o

recebimento

correto

de um

quadro

, o

destino

envia

reconhecimento

positivo

:

•

• É

É

enviado

o

quadro

ACK

–

Acknowledgement.

126

Esta

ç

ão

escondida

Suponha

que

A

quer

transmitir

para

B:

–

A

envia

RTS

para

B

–

…

C

não

receber

á

o RTS de A

–

…

mas

receber

á

o CTS de B.

•

• A

A

colisão

pode

ocorrer

entre

o

envio

de

RTSs

por

parte de A e C

“

ao

mesmo

tempo

”

,

sendo

ambos

endere

ç

ados

para

B

.

A

A BB CC DD

RTS

(23)

127

Esta

ç

ão

exposta

B

quer

transmitir

para

A (

enviou

RTS

primeiro

),

C

quer

transmitir

para

D (

envia

RTS

depois

):

–

Não

h

á

colisão

,

pois

o RTS de B era

endere

ç

ado

para

A e C

não

recebeu

o CTS de A.

–

A

enviar

á

o

reconhecimento

de um

quadro

correto

.

A A BB CC DD RTS RTS RTSRTS Dados Dados 128 Redes de Computadores I Redes de Computadores I