Redes de Computadores

(1)

c

a

-U

FRGS

Redes de Computadores

Circuitos virtuais, frame relay,ATM e MPLS

( d WAN)

Instituto de

Informáti

c

_{(redes WAN)}

Aula 14

Introdução

!

Comunicação entre dois dispositivos exige um meio

•

Enlaces ponto-a-ponto ou multiponto (controle de acesso ao meio)

•

...mas e se eles estiverem em locais (meios) diferentes?

!

Virtualização da camada de enlace

•

Empregar uma rede como camada de enlace

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 2 A. C ar issi m i -24/10/201 1

•

Empregar uma rede como camada de enlace

•

Criação de um ´fio virtual´

• Extensão do que já foi visto com enlaces wireless e com switches

•

É o que tipicamente acontece com as redes WAN (Wide Area Networks)

Como criar um “fio virtual”?

!

fio virtual = caminho entre duas entidades

•

Composto por vários enlaces e nós intermediários

!

Duas possibilidades:

•

Rede orientada a datagrama

•

Tipicamente empregada na camada de rede (nível 3)

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS

•

Tipicamente empregada na camada de rede (nível 3)

•

Conceito de roteamento

•

Rede orientada a circuitos virtuais

•

Tipicamente empregada na camada de enlace

•

Conceito de comutação Redes de computadores 3 A. Car is s im i -24/10/2011

Roteamento

!

Tarefa da camada de rede (estudaremos mais tarde)

•

Não define um caminho pré-estabelecido

•

Há sub-caminhos alternativos

•

Nós armazenam e consultam uma tabela de roteamento

•

Mecanismo stateless e connectionless

!

Rede orientada a datagrama

•

Caminho = conjunto não fixo de enlaces para chegar ao destino + nós intermediários

!

Nós intermediários são roteadores

•

Tabelas são construídas com auxílio de protocolos de roteamento

•

Encaminhamento é feito analisando o endereço da rede de destino

•

Necessário “isolar” a informação da rede a partir do endereço de destino

Redes de computadores 4 A. Car is s im i -24/10/2011

(2)

Comutação

!

Características

•

Nós intermediários estabelecem um caminho sem sub-caminhos alternativos

•

Nós armazenam e consultam uma tabela de comutação

•

Mecanismo statefull e connection oriented

!

Rede orientada a caminhos virtuais

!

Rede orientada a caminhos virtuais

•

Caminho virtual = enlace + nós intermediários

•

Possui um identificador

!

Nós intermediários são comutadores

•

Tabela de comutação é construída por protocolos de sinalização

•

Encaminhamento de pacotes é realizado com base no identificador

•

Custo computacional da comutação é menor que o do roteamento

Redes de computadores ₅ A. Car is s im i -24/10/2011

Circuito virtual em redes WAN

!

Circuito virtual é um caminho (isto é, uma série de enlaces e

comutadores de pacotes) entre sistemas finais origem e destino

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₆ A. Car is s im i -24/10/2011 A B C Sistemas A, B, C - Computador ou - Roteador ou - bridge Três fases: - Estabelecimento (setup) - Transferência de dados - Encerramento (teardown) comutadores

Redes de circuitos virtuais

!

Circuito virtual = enlaces + comutadores + tabelas

•

Possui um identificador para cada enlace, então um circuito virtual é um conjunto de identificadores

•

Exemplos: MPLS, ATM e frame relay

A B In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 7 A. Car is s im i -24/10/2011

Interface entrada Número CV (entrada) Interface de saída Número CV (saída)

1 12 2 22 2 63 1 18 3 7 2 17 2 22 3 7 1 2 1 ₂ 3 3 12 22 32 A C1 C2 C3 C4

Estabelecimento de circuito virtual

!

Como definir um circuito virtual?

•

Tabela de redirecionamento identificando o fluxo de quadros entre A e B

!

Duas abordagens:

•

Permanent Virtual Circuit (PVC)

•

Switched Virtual Circuit (SVC)

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 8 A. Car is s im i -24/10/2011

•

Switched Virtual Circuit (SVC)

!

PVC

•

A definição é feita pelo administrador do sistema e gravado e todos comutadores

•

Estabelece um circuito entre A e B, mesmo se não é usado

•

Representa custo (leasing do caminho) e desperdício

•

Envolve exatamente um par de sistemas finais (identifica fonte e destino!!)

•

Havendo n destinos é necessário n PVCs

(3)

Plano de controle e plano de dados

!

Em redes de comutação de pacotes há dois tipos de pacotes

•

Controle: mensagens que informam aos nós como transferir os dados

•

Dados: mensagens dos usuários e/ou aplicações

!

Conjunto de operações para tratar/manipular

•

Pacotes de dados: plano de dados

•

Pacotes de dados: plano de dados

•

Pacotes de controle: plano de controle

Redes de computadores ₉ A. Car is s im i -24/10/2011

Plano de controle

!

Executa em background

!

Possui um “tempo de vida” longo faz um processamento mais

elaborado

!

Objetivo é prover boas instruções para o plano de dados

i h

d d

encaminhar os dados

•

Funções:

•

Error reporting

•

Configuração do sistema

•

Gerenciamento

•

Alocação de recursos

!

Composto por protocolos e suas tabelas (e.g. protocolo de

sinalização)

Redes de computadores ₁₀ A. Car is s im i -24/10/2011

Plano de dados

!

Executa em foreground

!

Processar e encaminhar pacotes de dados e de controle

!

Objetivo é desempenho

•

Quanto mais rápido encaminhar pacotes, melhor é

!

Composto por um software de encaminhamento e suas tabelas

•

Faz apenas consulta e encaminhamento

Redes de computadores 11 A. Car is s im i -24/10/2011

Switched Virtual Circuit

!

Definição de um circuito virtual por demanda

!

Necessário uma negociação entre os comutadores

•

Protocolo de sinalização

•

Estabelecimento → Requisição de setup/Reponse (ack)

•

Encerramento teardown request/ teardown ack

•

Encerramento → teardown request/ teardown ack

A B 1 3 1 2 1 2 3 2 --3 14 1 VCI Porta VCI Porta --3 22 2 VCI Porta VCI Porta --2 66 1 VCI Porta VCI Porta 77 C1 _C 2 C3

(4)

Transferência de dados

!

Encaminhamento de um quadro até o destino é feito com base na

tabela de redirecionamento (posicionamento do circuito virtual)

66 3 14 1 VCI Porta VCI Porta 77 3 22 2 VCI Porta VCI Porta In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₁₃ A. Car is s im i -24/10/2011 A B 1 3 1 2 1 2 3 2 66 3 14 1 2 22 3 77 22 2 66 1 VCI Porta VCI Porta 14 66 ₂₂ 77 C1 C2 C3

Estudo de casos

!

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

!

Redes Frame relay

!

Redes MPLS

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₁₄ A. Car is s im i -24/10/2011

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

!

Protocolo orientado a comutação de células

!

Projetado pela ATM-forum e adotado pela ITU-T

!

Arquitetura baseada em três camadas: AAL, ATM e PHY

!

Uso típico em redes de telefonia e IP

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 15 A. Car is s im i -24/10/2011 AAL AAL

ATM ATM ATM ATM

PHY PHY PHY PHY

Camadas ATM

AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5 Tráfego sem controle de

Fluxo stream constante

Tráfego baixa taxa de transmissão e quadros pequenos

Suporte a serviço convencionais orientados ou não a conexão (controle de fluxo e de erro)

AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5

Físico ATM

Pode ser qualquer porém foi projetado para SONET

- Alta taxa de transmissão - Facilidade de delimitar células

Facilidade para: - roteamento

- gerenciamento de tráfego - comutação

- multiplexação Tráfego sem controle de erro e de fluxo

(5)

Application Adaptation Layer (AAL)

!

Projetado para flexibilizar o uso do ATM para diferentes perfis de

tráfego e uso.

•

Quatro tipos diferentes: AAL1, AAL2, AAL3/4 e AAL5

!

Dividido em duas subcamadas:

•

Convergence sublayer (CS) In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₁₇ A. Car is s im i -24/10/2011

•

Convergence sublayer (CS)

•

Aceita dados das camadas superiores e prepara-os para serem fragmentados pelo SAR

•

Funcionalidade depende do nível de AAL

•

Segmentation e Reassembly (SAR)

•

Responsável pela fragmentação na origem e pela remontagem no destino

Arquitetura ATM

!

Dispositivos de usuários e comutadores ATM

•

User to Network Interface (UNI) → dispositivo a comutador

•

Network to Network Interface (NNI) → comutador a comutador

!

Elementos

•

Transmission Path (TP) In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₁₈ A. Car is s im i -24/10/2011

•

Transmission Path (TP)

•

Virtual Paths (VP)

•

Virtual Circuit (VC) !

Conexão virtual

•

Identificada por um VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Circuit identifier)

•

Permite um roteamento hierárquico

TP VP VC

Célula ATM

Header payload 53 bytes 48 bytes 5 bytes In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 19 A. Car is s im i -24/10/2011

! Cabeçalho da célula (header):

► 28 bits para determinação de VPI/VCI (modificado de enlace a enlace) ► 3 bits para tipo do payload

► 1 bit para determinar tráfego de alta ou baixa prioridade ► 8 bits para código de detecção de erro

Princípio de funcionamento

!

Antes de enviar células é necessário criar um canal virtual

•

Canal virtual é uma seqüência de enlaces ATM

•

Pode ser permanente ou dinâmico

!

Protocolo de sinalização Q.2931

•

Executado por comutadores ATM e por sistemas finais

•

Executado por comutadores ATM e por sistemas finais

H1 Com1 Com2 Com3 H2

VCI2 VCI3 VCI4

VCI1

R1 Com1 Com2 Com3 R2

VCI2 VCI3 VCI4

VCI1 _IP

(6)

Arquitetura de frame relay

Enlace Físico Versão simplificada do HDLC Qualquer protocolo

reconhecido pela ANSI

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₂₁ A. Car is s im i -24/10/2011

! Circuitos virtuais → data link connection identifier (DLCI) ! Comutadores frame relay → tabela de redirecionamento de DLCI

Roteador A Roteador B

Formato do quadro frame relay

CR EA

DLCI DLCI FECN BECN DE EA

6 1 1 4 1 1 1 1

flag endereço informação FCS flag Baseado no quadro HDLC _{(sem campo controle)}

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₂₂ A. Car is s im i -24/10/2011

! DLCI: identificador do circuito virtual (10 bits) ! C/R: indicação se o quadro é comando ou resposta

•

Não é usado pelo frame relay em si, é disponibilizado para os níveis superiores

! EA (extended address): define formatos em 2, 3 ou 4 bytes para o campo de endereços

(EA=1, indica último byte)

6 1 1 4 1 1 1 1

Formato do quadro frame relay (cont.)

CR EA

DLCI DLCI FECN BECN DE EA

6 1 1 4 1 1 1 1

flag endereço informação FCS flag Baseado no quadro HDLC _{(sem campo controle)}

! Forward Explicit Congestion Notification (FECN):

•

Informa o destino da ocorrência de congestionamento na rede

! Backward Explicit Congestion Notification (BECN):

•

Informa a origem da ocorrência de congestionamento na rede

! Discard Eligibility (DE)

•

Prioridade do quadro frame relay → utilizada como critério para descartar quadros em caso de congestionamento

6 1 1 4 1 1 1 1

MultiProtocol Label Switching (MPLS)

!

Introduz um cabeçalho (shim*) entre o cabeçalho da camada de

enlace e o cabeçalho da camada de rede

!

Para uma rede IEEE 802.3

6 bytes

6 bytes 4 bytes 2 bytes N bytes 4 bytes

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 24 A. Car is s im i -24/10/2011 FCS Informação tipo MAC src MAC dst MPLS Rótulo Rótulo (20 bits) QoS (3 bits) Stack (1 bit) Tempo de vida (8 bits) 0x8847

(o que segue é MPLS)

(7)

Leituras complementares

!

Stallings, W. Data and Computer Communications (6

th

edition),

Prentice Hall 1999.

•

Capítulo 11

!

Tanenbaum, A. Redes de Computadores (4

a

edição), Campus,

2003

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₂₅ A. Car is s im i -24/10/2011

2003.

•

Capítulo 1, seção 1.5

•

Capítulo 2, seção 2.5.5

Tipos de infraestrutura de rede

!

Três paradigmas para conectar fonte ao destino:

•

Comutação de circuitos (Circuit switching)

•

Comutação de pacotes (Packet switching)

•

Comutação de mensagens (Message switching)

!

Diferença é a reserva ou não de recursos da rede (buffers largura

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₂₆ A. Car is s im i -24/10/2011

!

Diferença é a reserva ou não de recursos da rede (buffers, largura

de banda dos enlaces, etc) e o uso compartilhado do meio ou não

Comutação de circuitos, de pacotes e de mensagens

!

Comutação de circuitos

•

Em nível físico: usa TDM ou FDM (originalmente projetado para telefonia)

•

Criação de um caminho “real” entre fonte e destino

•

Recurso está alocado havendo ou não informação sendo enviada

!

Comutação de pacotes

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores 27 A. Car is s im i -24/10/2011 !

Comutação de pacotes

•

Apropriado para o envio de dados

•

Informação é dividida e enviada em unidades de tamanho fixo (pacotes)

•

Duas abordagens: circuito virtual e datagrama

!

Comutação de mensagens

•

Similar a comutação de pacotes porém, agora, pacotes possuem tamanho variável (mensagem)

Comparação entre os tipos de comutação

Circuito Mensagem Pacote

! Retardos variáveis e imprevisíveis (circuito/mensagem) contra fixos e previsíveis (pacote) ! Adaptação de velocidades (pacote/mensagem) versus velocidade fixa

! Melhor aproveitamento da capacidade dos enlaces (pacote) versus desperdícios temporais

(8)

Redes de comutação de pacotes

!

Redes de circuitos virtuais

•

Define um caminho os sistemas finais origem e destino

•

Composto por uma série de enlaces entre comutadores de pacotes

•

Dados entre sistemas finais “fluem” sempre pelo mesmo caminho (isto é, passam pelos mesmos enlaces e comutadores)

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₂₉ A. Car is s im i -24/10/2011 p p ) !

Redes datagramas

•

Não há caminho pré-estabelecido entre os sistemas finais origem e destino

•

Dados entre sistemas finais podem usar caminhos diferentes para chegar ao seu destino

Frame relay

!

Rede WAN baseada em circuitos virtuais

!

Alternativa para substituir protocolo X.25

•

X.25 envolve controle em niveis de enlace e de rede

•

Oferece taxas de transmissão de até 64 kbps

•

Define uma camada de rede (X 25) sobre outra camada de rede (Internet)

In sti tuto de In for m áti ca -U FRGS Redes de computadores ₃₀ A. Car is s im i -24/10/2011

•

Define uma camada de rede (X.25) sobre outra camada de rede (Internet)

•

Implica em custos de gerenciamento e processamento

!

Alternativa a leasing de linhas telefônicas

•

n locais → n*(n-1)/2 linhas (full-duplex)

•

Linhas = troncos T1 e T3

•

Linhas T1 possui taxa fixa (1.544 Mpbs)

•

Perfil de tráfego não é esse

Características do frame relay

!

Oferece taxas maiores que o X.25 (1.544 Mpbs – 44.376 Mbps)

!

Opera nos níveis físico e de enlace

•

Funciona como backbone para qualquer nível de rede

!

Permite tráfego por demanda (bursty)

!

Faz detecção de erro mas não faz controle de fluxo, nem de erro

•

Quadros frame relay com erros são “silenciosamente” descartados