06 - Camada de Enlace de Dados. 5 de outubro de 2015

(1)

06 - Camada de Enlace de Dados

5 de outubro de 2015

(2)

Conte´ udo

Camada de Enlace de dados segundo OSI

Subcamada de enlace l´ogico

Transmiss˜ao confi´avel

Subcamada de controle de acesso ao meio

Protocolos de controle de acesso ao meio

2/69

(3)

Camada de Enlace de dados

I Servi¸cos

I Endere¸camento

I Transmiss˜ao confi´avel

I Controle de fluxo

I Deteçcão e corre¸cão de erros

I Controle de Acesso ao Meio

I Compartilhamento de canais broadcast

I Na camada de enlace s˜ao transmitidos datagramas

I Como ´e feito o enquadramento?

I Duas subcamadas

I Subcamada superior: Logical Link Control (LLC)

I Subcamada inferior: Media Access Control sub-layer (MAC)

(4)

Camada de Enlace de dados segundo OSI

I Detecta e corrige erros da Camada F´ısica

I Provê fun¸cões básicas para comunica¸cão de entidades da Camada de Rede

I Permite a cria¸c˜ao de circuitos de dados

4/69

(5)

Servi¸cos para a Camada de Rede

I Em modo de conex˜ao

I Endere¸co de camada de enlace

I Conex˜ao de enlace

I Notifica¸c˜ao de erros

I Unidades de dados de servi¸cos

I Identificadores de pontos de conex˜ao

I Reset/Rein´ıcio da comunica¸c˜ao

I Parˆametros de qualidade de servi¸co

I Em modo sem conex˜ao

I Endere¸co

I Transmiss˜ao de unidades de dados

I Especifica¸c˜ao de parˆametros de qualidade de servi¸co

(6)

Endere¸cos da camada de enlace de dados

I Endere¸co

I Entidades da Rede se identificam pelos endere¸cos de Enlace

I No OSI, um endere¸co ´e ´unico na camada de Enlace

I Conex˜ao e PDU

I Camada de enlace permite comunica¸c˜ao sem conex˜ao

I Tamanho da PDU pode ser limitado pelo meio f´ısico

I Camada de enlace fornece identificadores para entidades da camada de rede

I Notifica¸c˜ao de erros

I Quando n˜ao ´e poss´ıvel corrigir erro, camada de enlance avisa camada de rede

6/69

(7)

Parˆ ametros de qualidade de servi¸co

I Opcional

I A pr´opria camada de Enlace pode determinar parˆametros de qualidade

I Tempo médio entre erros detectáveis mas não corrig´ıveis

I Disponibilidade de servi¸cos

I Demora de transmiss˜ao

I Capacidade de transmiss˜ao

(8)

Comunica¸c˜ ao entre NICs

I Lado emissor

I Encapsula datagrama no quadro

I Inclui bits de verifica¸c˜ao de erro e controle de fluxo

I Lado receptor

I Procura de erros

I Verifica bits de controle de fluxo

I Extrai dados do datagrama e envia para camada superior

8/69

(9)

Subcamada de enlace l´ ogico: Datagramas

I Ideal: todo datagrama ´e enviado apenas 1 vez

I Na ordem certa

I Com o conte´udo correto

I Camada de enlace inclui um cabe¸calho e um sufixo ao conte´udo sendo transmitido

cabe¸calho pacote de dados sufixo

I Como saber se isso ´e um datagrama?

0101001011101110010101001000101011

(10)

Enquadramento

I Como determinar o in´ıcio e o fim de datagramas?

0101001011101110010101001000101011

I Aonde est˜ao os dados?

I Abordagens:

I Enquadramento orientado a caracteres

I Contagem de tamanho

I Op¸c˜ao: tamanho fixo

I Protocolos orientados a bits (uso de flags)

10/69

(11)

Enquadramento orientado a caracteres

. . . SYN SYN STX header dados ETX CRC SYN SYN . . .

I Mais usado de 1960 a 1975

I Código de caracteres padrões (ASCII ou EBCDIC) tem caracteres reservados para comunica¸cão

I Comunica¸c˜ao ´e baseada nesses caracteres especiais

I SYN0x16 - Synchronous Idle

I indica sincronia e ociosidade

I 00010110

I STX

I indica in´ıcio de texto

I ETX

I indica fim de texto

(12)

Tabela ASCII

12/69

(13)

Problemas com enquadramento baseado em caracteres

I Dependˆencia ao c´odigo de caracteres

I Como enviar dados bin´arios?

I Quadros deve ter um n´umero inteiro de caracteres

I Número de bits deve ser múltiplo do número de bits de um caracter

I Erros em caracteres de controle s˜ao catastr´oficos

I Erro em STX provoca perda do in´ıcio do texto

(14)

Enquadramento baseado em campo de tamanho

I Usar campo de cabe¸calho para indicar o tamanho do quadro

I Receptor conta at´e o fim do quadro para achar pr´oximo quadro

I Campo de tamanho precisa usar log₂TAM_MAX + 1 bits

I Limita tamanho dos quadro

I Problemas

I Dif´ıcil recuperar de erros

I Ressincroniza¸c˜ao ap´os erro na contagem de tamanho

I Usado na DECnet (1975)

14/69

(15)

Quadros de tamanho fixo

I Quadros tˆem tamanho sempre igual

I Necessária sincroniza¸cão na inicializa¸cão

I Problemas:

I Se tamanho dos dados não é múltiplo do tamanho do quadro

I Ultimo quadro deve ter conte´´ udo parcialmente vazio

I Sincronia pode ser dif´ıcil

I Fragmenta¸c˜ao e remontagem dos quadros pode ser dif´ıcil em taxas altas

I Exemplo:

I Padr˜oes Asynchronous Transfer Mode (ATM)

I Frames com 53 bytes

(16)

Enquadramento orientado a bits

I Uso de bits indicadores: flags

I Flag: sequˆencia de bits para indicar in´ıcio e fim de quadro

I Flag de in´ıcio/fim n˜ao pode aparecer dentro do frame

I Comum usar como flag: 01111110

I E usar para erro: 01111111...1110<16 bits

I Repeti¸c˜ao de flag ou somente 1 indica estado ocioso

I Criado pela IBM (1970)

I Synchronous Data Link Control (SDLC)

16/69

(17)

Justifica¸c˜ ao positiva ou Bit Stuffing (preenchimento de bits)

I Na transmissão com enquadramento orientado a bits é comum perder sincronia após muitos bits 1s

I Introdu¸c˜ao de 0s para n˜ao perder sincronia (SDLC e USB)

I SDLC usa flag com 6 bits 01111110

I SDLC introduz um 0 a cada cinco bits 1s dos dados originais

I garante que flag n˜ao aparece nos dados

I Original:

1111110111111111111101111110

I Ap´os preenchimento:

1111101011111011111011101111100

I Remo¸c˜ao

I Remover todos 0 precedido de 011111

I O zero precedido por 0111111, faz parte da flag

(18)

Erros de enquadramento

I Todas as t´ecnicas de enquadramento s˜ao sens´ıveis a erros

I Um erro em um campo de tamanho faz o quadro terminar no lugar errado e o quadro seguinte pode ser perdido

I Erro nos caracters STX, ETX causam o mesmo problema

I Um erro em uma flag faz um quadro sumir ou um quadro inexistente aparecer

I Abordagem com flag ´e menos sens´ıvel pois eventualmente uma flag aparece

I Poss´ıvel eliminar quadros errôneos com deteçcão de erros

18/69

(19)

T´ ecnicas de detec¸c˜ ao de erros

I Usado pelo receptor para determinar se quadro tem erros

I Se quadro tem erros, receptor pede seu reenvio

I Técnicas de deteçcão de erros

I Verifica¸c˜ao de paridade

I Paridade de bit ´unico

I Paridade m´ultipla (vertical ou horizontal)

I Verifica¸c˜ao de redundˆancia c´ıclica (CRC)

(20)

Efetividade de t´ ecnicas de detec¸c˜ ao de erros

I Número m´ınimo de errosd para evitar deteçcão

I Se ocorrerem menos qued erros, a deteçcão é garantida

I Habilidade de detec¸c˜ao de rajadas de erros (burst)

I Tamanho m´aximoB da rajada de erros

I Probabilidade de reconhecer um bit errˆoneo como correto

20/69

(21)

Verifica¸c˜ ao de paridade de bit ´ unico

I Adicionar um bit para paridade

I bit ´e 1, se quadro tiver n´umero ´ımpar de 1s

I bit ´e 0, caso contr´ario

I Simplifica¸c˜ao assumindo erros independentes

I P(erro n˜ao detectado) =P

i par k i

pⁱ(1−p)ⁱ k´e o tamanho do quadro

p´e a probabilidade de erro de 1 bit

(22)

Paridade m´ ultipla: horizontal e vertical

1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0

Verifica¸c˜ao horizontal

Verifica¸c˜ao vertical

1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0

I Bit de paridade ´e obtido para cada linha e coluna

I Se um número ´ımpar de erros estão em uma só coluna, cada erro pode ser detectado pelos bits de paridade das linhas

I Se ocorrem 4 erros em um quadrado, n˜ao ´e poss´ıvel detectar erros

22/69

(23)

Verifica¸c˜ ao de Erro C´ıclico (CRC)

I Cyclic Redudancy Codes ou C´odigos Polinomiais

I Temos bits de dados:

sK−1,sK−2, . . . ,s0

I Representamos bits como um polinˆomio:

s(x) =sK−1x^K⁻¹+sK−2x^K−2+. . .s₁x¹+s₀

I Representamos o CRC com Lbits como

c(x) =cL−1x^L−1+cL−2x^L−2+. . .c1x¹+c0 I O quadro inteiro pode ser representado como polinˆomio

f(x) =s(x)x^L+c(x) =s_K−1x^L+K−1+. . .+s₀x^L+c_L−1x^L−1+. . .+c₀

I Por quˆe representa¸c˜ao polinomial?

I Para obter coeficientesci dec(x) pela divis˜ao des(x)x^L por um polinˆomio conhecidog(x)

(24)

Opera¸c˜ oes em m´ odulo 2

I 0 + 0 = 0

I 0 + 1 = 1

I 1 + 0 = 1

I 1 + 1 = 0 (sem “vai um”)

I 0−0 = 0

I 0−1 = 1 (sem “vai um”)

I 1−0 = 1

I 1−1 = 0

24/69

(25)

Divis˜ ao de Polinˆ omios com coeficientes inteiros em m´ odulo

2

(26)

Obten¸c˜ ao de c (x )

I Temoss_i (dados) parai = 0, . . . ,K −1

I Como computarci (CRC) parai = 0, . . . ,L−1?

I Sejag(x) =x^L+gL−1x^L−1+. . .+g1x+ 1 conhecido (g_L=g₀= 1).

ent˜ao

c(x) = Resto de divis˜ao m´odulo 2

s(x)x^L g(x)

I Resulta em polinˆomio de grauL−1 →L bits

I Exemplo: s = 101 (K=3) e g(x) =x³+x²+ 1(L= 3)

I s(x) =?

I s(x)x^L=?

I Dividirs(x)x^L porg(x) e obter resto.

26/69

(27)

Exemplo CRC

I L= 3

I s = 110101

I g(x) =x³+ 1

I s(x) =x⁵+x⁴+x²+ 1

I s(x)x^L=x⁸+x⁷+x⁵+x³ x⁸+x⁷+x⁵+x³

x³+ 1 =x⁵+x⁴+x+ 1

I c(x) = 0x²+ 1x+ 1(L= 3)→c = 011 110101 011

(28)

Como c (x ) ajuda?

I

s(x)x^L=g(x)z(x) +c(x)

I

s(x)x^L+c(x) =g(x)z(x) +c(x) +c(x)

| {z }

0 em m´odulo 2 I

s(x)x^L+c(x) =g(x)z(x)

I

f(x) =g(x)z(x)

I Representa¸cão polinomial do quadro é múltipla deg(x)

I Assumir que f(x) foi recebido comoy(x)

I Receptor recebe y(x) em Frame Check Sequence (FCS) e computa

Resto y(x)

g(x)

I Se Resto6= 0, ent˜ao erro!

28/69

(29)

Implementa¸c˜ ao

I A implementa¸c˜ao ´e realizada com o operador XOR

I Polinˆomio: x³+x+ 1 com coeficientes: 1011

1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 000 <−− d a d o s d e s l o c a d o s em 3 b i t s

2 1011 <−− d i v i s o r /XOR

3 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 000 <−− r e s u l t a d o

4 1011 <−− d i v i s o r . . .

5 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 000

6 1011

7 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 000

8 1011

9 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 000 <−−− move p a r a o p r i m e i r o b i t 1

10 1011

11 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 000

12 1011

13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 000

14 1011

15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000

16 1011

17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000

18 101 1

19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100 <−−− r e s t o ( 3 b i t s ) .

(30)

Verifica¸c˜ ao de c´ odigo CRC

I Processo similar ao da obten¸c˜ao do CRC

I Se resto for zero, n˜ao houveram erros.

1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 100 <−−− d a d o s com CRC

2 1011 <−−− d i v i s o r

3 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 100 <−−− r e s u l t a d o 4 1011 <−−− d i v i s o r . . . 5 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 100

6

7 . . . . 8

9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 100

10 1011

11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 100

12 101 1

13−−−−−−−−−−−−−−−−−−

14 0 <−−− r e s t o

30/69

(31)

Erros n˜ ao detectados

I Assumir que erro ´e e(x) tal que y(x) =f(x) +e(x)

I Ent˜ao, ^y_g^(x)_(x) = _g^f^(x)_(x)+_g^e(x)_(x)

I Teremos erros n˜ao detectados se e s´o see(x)6= 0 divis´ıvel por g(x)

I Erros ´unicos (1 bit) s˜ao sempre detectados

I por absurdo, assumir n˜ao detectado: e(x) =xⁱ=g(x)z(x) para algumi

I uma vez queg(x) =x^L+. . .+ 1, multiplicandog(x) por qualquerz(x)6= 0 n˜ao produzxⁱ (deve produzir pelo menos 2 termos)

(32)

Frame Ethernet: Frame Check Sequence (FCS)

Formato do Quadro Ethernet (IEEE 802.3-2012, se¸c˜ao 3.1.1):

I Preˆambulo: 7 octetos10101010... (codifica¸c˜ao Manchester)

I Start Frame Delimiter (SFD): 1 octeto 10101011

I MAC destino: 6 octetos

I MAC original: 6 octetos

I EtherType (comprimento/tipo): 2 octetos

I Dados (payload): 46 a 1500 octetos

I Frame Check Sequence (FCS): 4 octetos Polinˆomio CRC Ethernet:

g(x) =

x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

32/69

(33)

Caracter´ısticas de erros de meios f´ısicos

I Muitos meios f´ısicos n˜ao s˜ao ideais

I Erros n˜ao s˜ao independentes

I s˜ao comuns erros consecutivos (burts)

I CRC consegue detectar sequências de erros consecutivos cujo número é menor que o grau do polinômio de deteçcão

(34)

Controle de erros por retransmiss˜ ao

I Reconhecimento positivo

I Aguardar confirma¸c˜ao de recebimento correto, sen˜ao retransmite

I Reconhecimento negativo

I Retransmite apenas se receber confirma¸c˜ao de recebimento errˆoneo

I Reconhecimento cont´ınuo

I Reconhecimento de at´eN quadros consecutivos

34/69

(35)

Subcamada de Controle de acesso ao meio: tipos de conex˜ oes

I Conex˜oes ponto-a-ponto

I Estrela

I Em malha

I Hier´arquica

I Conex˜oes em meio compartilhado (broadcast)

I Radio difus˜ao via sat´elite

I Hub – comunica¸c˜ao por barramento

I Centralizado em anel (token ring IEEE 802.5)

(36)

Protocolo de comunica¸c˜ ao em broadcast idealizado

I Quando um host quer transmitir, ele pode enviar na taxa R bit/s

I Quando M hosts querem transmitir, cada um pode enviar na taxa R/M bit/s

I Totalmente descentralizado:

I Nenhum host especial para coordenar transmiss˜oes

I Nenhuma sincroniza¸c˜ao de rel´ogios, intervalos

I Simples

36/69

(37)

Protocolos de controle de acesso ao meio: Conex˜ oes broadcast

I Se todos tem direito ao acesso, quem vai acessar o meio?

I Abordagem aleat´oria

I Abordagem determin´ıstica

I Particionamento

I Revezamento I Como tratar colis˜oes?

I O que acontece quando duas pessoas tentam falar ao mesmo tempo?

(38)

Protocolos de acesso ao meio

I Time Division Multiple Access

I Cada usu´ario tem um momento determinado para acessar o canal

I Intervalos n˜ao usados s˜ao perdidos

I Frequency Division Multiple Access

I Cada usu´ario pode transmitir em uma faixa de frequˆencias diferente

I Faixa n˜ao usada ´e perdida

I Code Division Multiple Acess (CDMA)

I Divisão por código (vetores ortogonais), um código por transmissor

I Acesso aleat´orio

38/69

(39)

Acesso aleat´ orio

I Quando host tem um pacote a enviar:

I transmite na velocidade de dados R total do canal

I sem coordena¸c˜ao a priori entre os hosts

I Dois ou mais transmitindo juntos = colis˜ao

I Um protocolo de Controle de Acesso ao Meio aleat´orio:

I como detectar colis˜oes

I como recuperar-se de colis˜oes

I Exemplos de protocolos de Controle de Acesso ao Meio Aleat´orio:

I ALOHA

I CSMA/CD

(40)

Protocolos de acesso ao meio: ALOHA puro

1. Transmitir quadro

2. Aguardar ACK por no m´aximo um per´ıodo T. Se receber ACK, sucesso.

3. Se n˜ao recebe ACK, gerar novo per´ıodo aleat´orio T 4. Esperar o per´ıodo T e retransmitir quadro

40/69

(41)

Aloha Puro

I Conex˜ao inicia-se em momento aleat´orio

(42)

An´ alise eficiˆ encia: Aloha Puro

I Quadros novos s˜ao enviados segundo uma Poisson de m´edia N/tempo para envio de quadro

I Com retransmiss˜oes, temos m´edia de quadrosG >N

I P(k) = ^G^k_k!^e^−G,P(k = 0) =e^−G

I Durante o per´ıodo de vulnerabilidade: P(k = 0) =e^−2G

I N´umero esperado de pacotes enviados:

S =GP(k = 0) =Ge^−2G

42/69

(43)

Protocolo de acesso ao meio: ALOHA com slots

I tempo dividido em intervalos de mesma dura¸c˜ao,

chamado de slots (tempo para enviar 1 quadro)

I transmiss˜ao come¸ca somente no in´ıcio dos slots

I hosts s˜ao sincronizados (exemplo: uma esta¸c˜ao que emite periodicamente um sinal especial)

I tempo vulnerável à colisão é reduzido à metade

I quando host tem quadro a ser enviado, tenta

transmiss˜ao no slot seguinte

I se não há colisão: host tenta enviar novo quadro no próximo slot

I se há colisão: host tenta probabilisticamente enviar em um próximo slot

I se 2 ou mais transmitem no mesmo intervalo, todos percebem a colis˜ao

I Probabilidade de nenhuma colis˜aoP(k = 0) =e^−G e S =Ge^−G

(44)

An´ alise: ALOHA puro e ALOHA com slots

0.40 0.30 0.20 0.10

0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0

S =Ge^–G

S =Ge^–2G ALOHA puro

ALOHA com slots

G (tentativas de transmissão por tempo de pacote)

S (transmissões por tempo de pacote)

44/69

(45)

ALOHA com slots

I Vantagens:

I simplicidade

I um host pode transmitir na velocidade m´axima do meio

I descentraliza¸c˜ao: sincronismo apenas nos slots

I Desvantagens:

I Colis˜oes frequentes, perda de slots

I Intervalos ociosos

I Necess´aria a sincronia de rel´ogio

(46)

CSMA persistente

I Carrier Sense Multiple Access (CSMA): “Ou¸ca antes de falar”

I p-persistente CSMA (IEEE 802.11):

I escuta, se ocioso transmite

I se ocupado, espera at´e liberar e transmite com probabilidadep

I com probabilidade 1−pposterga envio para pr´oximo slot (indepentemente do estado do meio)

I se colis˜ao, espera tempo aleat´orio e reinicia processo

I Colis˜oes em CSMA ocorrem principalmente devido ao tempo de atraso do meio

I Sep= 1, duas esta¸c˜oes podem iniciar a transmiss˜ao quase simultaneamente

I Se há colisão, o tempo de transmissão de um quadro inteiro é perdido

I CSMA ´e melhor que ALOHA pois espera por ociosidade

46/69

(47)

CSMA n˜ ao-persistente

I Menos ganancioso que 1-persistente CSMA:

I Escuta antes de enviar

I Mas n˜ao persiste em escutar para saber o momento de enviar

I Espera um per´ıodo de dura¸c˜ao aleat´oria antes de reiniciar processo de envio

(48)

Compara¸c˜ ao ALOHA e CSMA

1.0 0.9 0.8

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.6 0.7

S(throughputperpackettime)

G (attempts per packet time) Pure

ALOHA Slotted ALOHA

1-persistent CSMA

0.1-persistent CSMA

0.5-persistent CSMA

Nonpersistent CSMA 0.01-persistent CSMA

48/69

(49)

CSMA com detec¸c˜ ao de colis˜ oes (CSMA/CD)

I Melhoria do CSMA: esta¸cões percebem colisão e interrompem transmissão (Ethernet)

I Hardware deve ser capaz de detectar ao escutar meio durante transmiss˜ao (dif´ıcil em wireless)

I Uma esta¸cão sabe que conseguiu o meio após passar tempo de atraso de propaga¸cão no meio

I Se houve colis˜ao, todas esta¸c˜oes desistem de transmitir

Contention slots

Contention period Transmission

period

Idle period t_o

Frame Frame Frame Frame

Time

Figura:Emt0, foi encerrado envio de um quadro. Depois vem um per´ıodo de conflito “contention” entre esta¸c˜oes tentando usar o meio.

(50)

CSMA/CD ou CA

I Collision Detection (CD) - IEEE 802.3 (Ethernet)

I Capaz de comparar sinais transmitidos com recebidos

I Transmiss˜oes colididas s˜ao abortadas, reduzindo tempo perdido

I Mais f´acil em meios com fio do que meios sem fio

I Collision Avoidance (CA) - IEEE 802.11

I Evita colis˜ao por usar requisi¸c˜ao de uso do meio (request to send RTS/ clear to send CTS)

I Se canal está ocupado, espera um tempo aleatório para próxima tentativa

50/69

(51)

Outros protocolos de acesso ao meio

I Protocolo bit-map sem colis˜oes (protocolo de reserva)

I Sele¸c˜ao (Polling)

I Mestre escolhe quem pode enviar

I Uso de permiss˜oes para envio (Token Ring IEEE 802.5)

I Quem tem o token, pode enviar

I Quando n˜ao usar mais o token, passa para o seguinte

0 1

1 1 1 1 3 7 1 1 1 5 1

2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

8 Contention slots Frames 1

8 Contention slots

2 d

(52)

Endere¸camento: exemplo

I OSI pede por identificador ´unico na camada de enlace

I Endere¸co MAC de NICs, IEEE 802

I Cada MAC consiste de 6 bytes

I MAC s˜ao ´unicos e atribu´ıdos por fabricante

I Armazenado em Hardware

I Poss´ıvel mudar em software

52/69

(53)

6º byte 1º octeto

5º byte 2º octeto

4º byte 3º octeto

3º byte 4º octeto

2º byte 5º octeto

1º byte 6º octeto 6 bytes

1 2 3 4 5 6

posição:

ou

Identicador Único Organizacional

Especíco ao Controlador da Interface

de Rede (NIC)

3 bytes 3 bytes

b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 8 bits

0:

1:

unicast multicast

0:globalmente único

mais signicante menos signicante

(54)

Figura:Pacote do protocolo Address Resolution Protocol (ARP) sobre um frame Ethernet II

54/69

(55)

Endere¸camento MAC e tabela ARP

I Tabela de Address Resolution Protocol (ARP)

I Convers˜ao de endere¸co de meio f´ısico e endere¸co de camada superior

I “MAC address ´e o CPF e IP ´e o CEP”

I Se um host A quer falar com B, pergunta seu pelo seu MAC indicando endere¸co da camada superior

(56)

Ethernet

I Tecnologia LAN — IEEE 802.3 (1983)

I Camada f´ısica e camada de enlace

I In´ıcio com cabo coaxial de 10 Mbit/s

I Compartilhamento do meio CSMA/CD

I Praticamente todo ano, tecnologia teve atualiza¸c˜oes

I Gera¸c˜oes futuras: IEEE 802.3ba2-2010, cat8, 100 Gb/s

56/69

(57)

I At´e ≈1995, meio

compartilhado

I Hub –

broadcast, sem buffering

I Switch – isola hosts, com buffering

57/69

(58)

Quadro Ethernet

I IEEE 802.3-2012

I Packet Ethernet: camada f´ısica

I Frame Ethernet: camada de enlace

Preˆamb Flag MAC dest

MAC src

802.1q

VLAN Tipo Payload CRC Intervalo Separador

bytes 7 1 6 6 4 2 42-1500 4 12

I Preˆambulo: repeti¸c˜oes de 0x55 (menos significante primeiro)

0x55 = 01010101b

I Flag - delimitador de ´ınicio de frame - 0xD5

0xD5 = 11010101b

I Intervalo separador: estado ocioso para marcar fim de packet

I .96ns para 100Gb/s, 96ns para 1Gb/s

I Tipo indica o protocolo encapsulado no payload

58/69

(59)

Ethernet

I O cabe¸calho do frame ´e conhecido como Ethernet II

I N˜ao oferece confiabilidade

I N˜ao oferece servi¸cos de conex˜oes

I Originalmente n˜ao usava subcamada LLC (Logical Link Control)

I IEEE 802.2 Subnetwork Acess Protocol (SNAP) permite transmitir informa¸c˜oes em outras redes que n˜ao Ethernet

I MacOS usa 802.2 para o AppleTalk

I Protocolo de compartilhamento de meio: CSMA/CD sem slots

(60)

IEEE 802: Fam´ılia de padr˜ oes para LAN e MAN

Distˆancias Area´ Tipo Exemplo

1m metro quadrado PAN bluetooth IEEE 802.15.1

10m sala LAN WiFi IEEE 802.11

100m pr´edio LAN IEEE 802.3

1km campus/bairro LAN WiMAX IEEE 802.16

10km cidade MAN FDDI 802.6

100km pa´ıs WAN WiMAX IEEE 802.16

1000km continente WAN

10.000km planeta Internet

Personal Area Network (PAN), Local Area Network (LAN), Metropolitan Area Network (MAN), Wide Area Network (WAN), Body Area Network (BAN) – IEEE 802.15.6, Controller Area Network (CAN) – ISO 11898.

IEEE 802(http://www.ieee802.org/): padr˜oes para LAN e MAN para redes com pacotes de tamanho vari´avel. Camadas OSI 1 e 2.

60/69

(61)

Formas e gerenciamento de enlaces

I Enlace ponto-a-ponto vs. multiponto

I Esta¸c˜oes prim´arias (controladoras)

I Esta¸c˜oes secund´arias (recebem comandos)

I Gerenciamento de enlace

I Estabelecimento

I Transferˆencia de dados

I Encerramento

I Reinicializa¸c˜ao

I Controle de fluxo – interromper temporariamente transmiss˜ao

I Quadro RR (receiver ready)

I Quadro RNR (receiver not ready)

I Bridging (LLC)

I Agrega¸c˜ao de segmentos de enlace (802.3 + 802.5)

I Shortest Path Bridging (IEEE 802.1aq)

I Spanning Tree Protocols (exemplo IEEE 802.1D)

(62)

Exemplos de protocolos da camanda de enlace

I Ethernet

I Synchronous Data Link Control (SDLC)

I High-Level Data Link Control (HDLC)

I Point-to-point Protocol (PPP)

I IEEE 802.2

I ITU-T G.hn

62/69

(63)

Synchronous Data Link Control (SDLC)

I Systems Network Architecture (SNA) da IBM (d´ecada 1970)

I Enquadramento orientado a bits

I Tamanho do quadro deveria ser m´ultiplo de 8 bits

I Ponto-a-ponto ou multipontos, half-duplex e full-duplex

I Uso em DECNET e ARPANET, hoje ´e tecnologia legada

Figura:Fonte: http://www.protocols.com/pbook/sna.htm.

(64)

Formato do quadro SDLC

I Cabe¸calho do quadro

I Flag= 0x7E (uso de bit stuffing)

I Campo de endere¸co(256 endere¸cos de esta¸c˜oes secund´arias)

I Campo de controle(controle acesso ao meio, half-duplex)

I Sufixo do quadro

I Dados

I FCS(verifica¸c˜ao CRC)

I Flag= 0x7E

64/69

(65)

High-level Data Link Control (HDLC)

I Baseado no SDLC

I Provˆe servi¸co de enlace com e sem conex˜oes

I Suporta conex˜oes ponto-a-multipontos

I Usado em modems telefˆonicos (V.42) e na pilha de Frame Relay (ATM)

I Usado em enlace s´ıncronos e enlaces seriais ass´ıncrononos (conector DB-25, RS-232)

I Se s´ıncrono, usa bit stuffing para flags (0x7E)

I Se serial ass´ıncrono, usa byte stuffing com escape 0x7D pois o envio ´e sempre de 8 bits

I Campos do quadro similar ao SDLC, extende endere¸cos, bits de controle e FCS (16/32 bits)

I Nos bits de controle, com conexão, estão números de sequência

I Cisco HDLC: adapta¸c˜ao para encapsulamento de m´ultiplos protocolos

(66)

Point-to-point protocol (PPP)

I PPP definido em RFC 1661 – baseado no HDLC

I Ponto-a-ponto duplex, autentica¸c˜ao, criptografia e compress˜ao

I Como o Cisco HDLC, encapsula m´ultiplos protocolos

I Encapsulamento de PPP em outros quadros de enlace

I PPP over Ethernet/DSL (RFC 2516)

I PPP over ATM (RFC 2364)

I Arquitetura

I LCP – Link Control Protocol

I CHAP/PAP/EAP – autentica¸c˜ao

I IPCP – liga¸c˜ao com camada IP

LCP CHAP PAP EAP IPCP IP PPP encapsulation

HDLC-like Framing PPPoE PPPoA RS-232

POS

Ethernet ATM SONET/SDH

PPP architecture

Figura:Fonte:https://en.wikipedia.org/wiki/Point- to-Point_Protocol

66/69

(67)

IEEE 802.2

I Quadros baseados no HDLC

I Padroniza¸c˜ao de protocolos da subcamada LLC em diversas camadas f´ısicas

I IEEE 802.2 est´a presente nas redes da fam´ılia IEEE 802, exceto Ethernet

I Servi¸cos

I Modo sem conex˜ao (Tipo 1)

I Modo com conex˜ao (Tipo 2)

I Modo sem conex˜ao com numera¸c˜ao (Tipo 3)

I Extens˜ao para mais protocolos: Subnetwork Acess Protocol (SNAP)

(68)

ITU-T G.Hn

I Padr˜ao aprovado em 2010. Primeiros testes em 2012.

I Especifica¸c˜oes para meio f´ısico e enlace em linhas de energia, telefˆonicas e cabo coaxial

I Enlace com Multiple Input e Multiple Output (MIMO)

I Aplica¸c˜oes residenciais

I Taxas de transmiss˜ao de at´e 1 Gbit/s

I Meio f´ısico: OFDM, corre¸c˜ao de erros LDPC, modula¸c˜ao 4096-QAM

I Controle de acesso ao meio: TDMA, CSMA com time slots e centraliza¸c˜ao

I Conexão e numera¸cão de quadro no enlace: mecanismos de repeti¸cão automática (ARQ)

68/69

(69)

Referˆ encias

I Computer Networks (Tanembaum)

I Computer Networking (Kurose)

I Material did´atico L. Faina (Facom/UFU)

I IEEE Standard for Ethernet (802.3-2012)

I IEEE Standard for Wireless MAN - Advanced Air Interface for Broadband Wireless Access Systems (802.16.1)