Redes de Computadores

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Redes de Computadores

Protocolos da camada de

ligação de dados

Escola Superior de Tecnologia e Gestão Instituto Politécnico de Bragança Maio de 2006

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Protocolos de ligação de dados

Redes de Computadores 3

Camada de Ligação de Dados (1)

Camada de Ligação de Dados (2)

• Tem como principal função garantir a transmissão

de dados através de uma linha série, fornecendo

serviços aos níveis superiores

• O tipo de protocolo de Ligação de Dados usado

depende da ligação física entre os dois DTE (Data

Terminal Equipment) a interligar e do bit rate dessa

ligação

– para ligações de débitos mais reduzidos são usados protocolos Character Oriented do tipo Idle ARQ: Kermit e X-modem

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High-Level Data Link Control (HDLC)

• HDLC (ISO 33009, ISO 4335)

• Protocolo orientado ao bit (independente de códigos)

• Permite uma grande variedade de aplicações

• Tipos de estações

– Estação Primária

• Controla a operação da ligação (uma ligação lógica por cada estação Secundária) • Tramas enviadas designam-se por comandos

– Estação Secundária

• Controlada pela estação Primária

• Tramas enviadas designam-se por respostas

– Estação Combinada

• Combina funções Primárias e Secundárias; pode enviar comandos e respostas • Configurações da ligação

– Não balanceada (não equilibrada)

• Uma Primária e uma ou mais Secundárias • Transmissões full-duplex e half-duplex

– Balanceada (equilibrada)

• Duas estações Combinadas • Transmissões full-duplex e half-duplex

Configurações da ligação -exemplos

Não balanceada ponto-a-ponto, com um primário e um secundário

Não balanceada multiponto, com um primário e vários secundários

Balanceada, com duas estações combinadas

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Modos de Transferência de Dados em

HDLC

• Normal Response Mode (NRM)

– Configuração não balanceada

– A estação Primária é responsável pelo estabelecimento, gestão e fecho da ligação – Uma estação Secundária só responde a comandos da estação Primária

– Usado em configurações multiponto (por ex.: Primário: Computador principal, Secundárias: terminais)

• Asynchronous Response Mode (ARM)

– Configuração não balanceada

– A estação Primária é responsável pelo estabelecimento, gestão e fecho da ligação – A estação Secundária pode transmitir sem permissão da estação Primária, após

estabelecida a ligação – Raramente usada

• Asynchronous Balanced Mode (ABM)

– Configuração balanceada

– Qualquer das estações pode estabelecer a ligação e transmitir sem permissão da outra

– É a mais usada: torna mais eficiente a utilização de ligações full-duplex ponto-a-ponto

– Usado em X.25 (LAPB), RDIS (LAPD) e Frame Relay (LAPF)

Estrutura da Trama HDLC

• Uma trama HDLC é constituída por vários campos

– Os campos têm tamanho fixo ou variável (existindo mecanismos que permitem estabelecer e reconhecer as fronteiras entre campos)

– As funções associadas a cada campo dependem da respectiva estrutura e de valores dos bits que o constituem, de acordo com a posição que ocupam no campo

• Formato único para todas as tramas de controlo e dados

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Trama HDLC - Flag

• Tramas HDLC são delimitadas por flags - sequências 01111110

• Uma flag pode terminar uma trama e começar outra • Bit stuffing é usado para evitar o falso reconhecimento

de flags dentro da trama

– O Emissor insere um 0 após uma sequência de cinco 1’s

– Quando o Receptor detecta cinco 1’s consecutivos com um zero a seguir, este último é eliminado

Mensagem Original:

111111111111011111101111110 Depois de bit stuffing:

11111001111100110111110010111110010

Trama HDLC - Adress

• Por convenção o endereço identifica a estação

secundária que enviou ou vai receber a trama

• Formato básico - 8 bits

• Formato expandido

– Múltiplo de 8 bits

– O primeiro bit de cada byte é 0, terminando por um byte em que esse bit é 1

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Trama HDLC – Control (1)

• Existem 3 tipos de tramas, cada qual com um campo de controlo diferente • Os primeiros um ou dois bits do campo de controlo identificam o tipo de quadro

– Informação (I)

• Contém dados de camadas superiores (a abstracção acima de HDLC que usa HDLC) • Adicionalmente, dados de controlo de fluxo e de erro são transmitidos no quadro de

informação (piggybacking)

– Supervisão (S)

• Confirmação de tramas, controlo de erro e de fluxo quando não é usado piggybacking • Os dois bits S permitem seleccionar um em quatro comandos de supervisão

– Não numeradas (U)

• Funções suplementares de controlo da ligação (estabelecimento, reinicialização, terminação)

Trama HDLC – Control (2)

• Números de sequência

– N(S) em tramas I – N(R) em tramas I e S

• Bit P/F (Poll / Final)

– Permite sincronizar um comando com uma resposta (o funcionamento normal do protocolo não garante uma relação um para um entre comandos e respostas) – Em comandos, P=1 solicita resposta

– Em respostas F=1 indica resposta solicitada pelo comando com P=1

• Nos quadros de informação e supervisão, o campo de controlo pode ser estendido para 16 bits, permitindo aumentar o valor máximo de N(S) e N(R) e o número máximo de comandos e respostas

– Este formato é utilizado especialmente em transmissões via satélite devido aos atrasos envolvidos

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Trama HDLC –Information e FCS

• Campo de Informação

– Campo dos dados

– Apenas presente em tramas I e em algumas tramas U – Comprimento variável (valor máximo fixado

previamente), porém contém um número inteiro de octetos

• FCS (Frame Check Sequence)

– Baseado num código polinomial

– Calculado com base nos restantes bits da trama (excepto as flags)

– Normalmente CRC-CCITT (16 bits) – Por vezes CRC-32 (32 bits)

Funcionamento do HDLC

• Princípio base assenta na troca de I-Frames, S-Frames e U-Frames entre duas estações

• Envolve 3 fases:

– Inicialização: Despoletada por qualquer dos lados da ligação, através de comandos específicos a que o outro lado responde, aceitando (unnumbered acknowledged - UA) ou rejeitando a ligação (disconnected mode - DM)

– Transferência dos Dados: Após a inicialização ter sido

solicitada e aceite, fica estabelecida uma ligação lógica. A partir deste momento ambos os lados da ligação podem enviar dados, usando I-Frames, começando com o número de sequência 0, colocado no campo N(S) do campo control. O sub-campo N(R) transporta a confirmação das I-Frames recebidas

– Terminação da Ligação: Qualquer módulo HDLC pode iniciar uma desconexão através do envio da trama DISC. O outro lado confirma, respondendo com um UA (unnumbered ackowledged).

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Protocolos de ligação de dados Redes de Computadores 15

Comandos e respostas HDLC

Exemplos de Funcionamento do

HDLC (1)

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Protocolos de ligação de dados Redes de Computadores 17

Exemplos de Funcionamento do

HDLC (2)

Protocolo LAPB (X.25)

• Link Access Procedure, Balanced • Parte integrante do X.25 (ITU-T)

• Na prática é um subconjunto do HDLC

– Fornece apenas o modo ABM (Asynchronous Balanced Mode)

• Utilizado em ligações ponto-a-ponto entre sistema terminal e nó da rede de comutação de pacotes • Estrutura das tramas idêntica à do HDLC

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Protocolo LAPD

• Link Access Procedure, D-Channel

• Parte integrante da RDIS/ISDN (ITU-T)

• Fornece controlo da ligação através de um

canal lógico do interface ISDN,

denominado Canal D

• Restringe-se ao modo de operação ABM

(tal como o LAPB)

Protocolo LAPF

• Link Access Procedure for Frame-Mode Bearer Services • Usado nas redes Frame Relay

• Subdivide-se em dois subprotocolos:

– Control protocol – funções similares às do HDLC (confirmação, controlo de erros e controlo de fuxo)

– Core protocol – subconjunto do control protocol (funções básicas de comutação de tramas); não faz controlo de fluxo e erro, permitindo assim maiores fluxos de dados

• Tal como o LAPB também se restringe ao modo de operação ABM • Sequências de numeração de tramas com 7 bits

• O FCS utiliza um CRC de 16 bits • LAPF core não possui o campo control

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Protocolo LLC (Logical Link Control)

• Parte da arquitectura das redes locais standard IEEE 802 (LAN’s) • Controlo da ligação dividido em dois níveis:

– Subcamada MAC (Medium Access Control)

• Protocolo de acesso a um meio partilhado • Endereçamento físico das estações

• Detecção de erros (sem recuperação) – CRC de 32 bits

– Subcamada Logical Link Control (LLC) , que funciona no topo do nível MAC

• Campo para identificação do utilizador lógico do LLC da origem (SSAP) e do destino (DSAP)

• Oferece 3 tipos de serviços

– LLC1: não confirmado, sem conexão (não fiável) - o mais comum (usado por exemplo com TCP/IP)

– LLC2: confirmado, com conexão (fiável) - procedimentos semelhantes a HDLC, com mecanismos de controlo de erros de fluxo; praticamente não usado em redes locais

– LLC3: confirmado, sem conexão – também pouco usado

O nível de ligação de dados na Internet

• A Internet é constituída por diferentes tipos de equipamentos informáticos, interligados por uma infra-estrutura de

comunicações

• Ao nível dos edifícios são interligados através de redes locais (LAN’s), no entanto uma boa parte da Internet é constituída por ligações ponto-a-ponto, através de linhas alugadas usadas, basicamente em duas situações:

– Interligação das redes locais à Internet, através de ISP’s

– Interligação de utilizadores individuais através de modems e das linhas telefónicas tradicionais a um ISP que lhe fornece o acesso à rede

• Para ter acesso aos diferentes serviços do controlo de ligação neste tipo de ligações, torna-se também necessário recorrer a um protocolo específico

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SLIP – Serial Line IP

• Criado em 1984 com o objectivo de interligar estações de trabalho da Sun à Internet usando um modem

• O funcionamento assenta no envio de pacotes IP através da linha, com uma flag especial no final de cada trama (0xC0)

– Técnica de character stuffing para contornar o problema da flag em bytes de dados

• Apesar de ainda ser usado apresenta vários problemas:

– Não suporta qualquer mecanismo de detecção e/ou correcção de erros (responsabilidade de níveis superiores)

– Apenas suporta o protocolo IP, o que limita a ligação de redes que não suportem esse protocolo

– IP fixo (esgotamento de IPs!!!) - cada lado da ligação tem de conhecer previamente o endereço IP do outro lado, não suportando a atribuição dinâmica de endereços

– Não fornece um mecanismo próprio de autenticação, o que levanta problemas na sua utilização através da linha telefónica

PPP – Point-to-Point Protocol

• Surgiu com o objectivo de substituir o SLIP através da eliminação dos seus principais problemas, pelo que:

– Suporta detecção de erros – Suporta múltiplos protocolos

– Permite a negociação dinâmica do endereço IP durante a fase de estabelecimento de ligação

– Permite autenticação

• Fornece 3 funções:

– Forma de delimitar o fim de uma trama e o início da seguinte; inclui-se na trama suporte para detecção de erros

– Um protocolo de controlo de ligação (LCP – Link Control Protocol) que inicia uma ligação, testa-a, negoceia as diferentes opções, e termina a ligação quando esta deixa de ser necessária