Arquitetura de Redes

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Arquitetura de Redes

Aula 2

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Enquadramento (Framing)

• Por que?

–Meio físico não é livre de erros;

–Detecção e correção de erros;

–Dividir o bit-stream em quadros (unidade de dados) de forma a gerenciar a transmissão facilitando o controle de erros.

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Enquadramento (Framing)

• Métodos:

–Contagem de caracter

–Enquadramento por caracter (utiliza character stuffing)

–Enquadramento por bit (utiliza bit stuffing)

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Contagem de Caracter

• Adicionar um campo no header indicando o número de caracteres presentes no

quadro;

• Ao receber o quadro, o RX lê o campo de contagem e sabe a partir dali determinar onde está o final do quadro;

• Problema: erro de TX no campo de

contagem. Perde a sincronização, não pode nem haver retransmissão;

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Contagem de Caracter (cont)

• Só é usado em conjunto com outras técnicas

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Enquadramento por Caracter

• Idéia básica: inserir um caracter especial no início (STX) e fim (ETX) do quadro;

▪ problema: ETX (End of TeXt) ou STX (Start of TeXt) pode estar presente nos DADOS, o que gera um erro de interpretação.

SYN SYN STX HEADER DADOS ETX CRC SYN SYN

Quadro

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• tentativa de solução: antes dos caracteres de

controle inserir um outro caracter (DLE - Data Link Escape).

• novo problema: os DADOS podem conter o caracter DLE.

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• solução definitiva: percorrer todo o campo dos DADOS antes de transmitir, ao encontrar um

DLE inserir um outro DLE antes deste (character stuffing). Assim, quando o Receptor encontrar dois DLEs ele descarta um e sabe que o resto é texto e não controle^.

• Este método fica amarrado ao código ASCII

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Enquadramento por bit

• Delimitador de quadro: flag, sequência padrão de bits.

• Cada quadro começa e termina com o flag.

–Exemplo: 01111110 ou 01⁶0

• Regra: a cada sequência de 5 bits ‘1’ inserir um bit ‘0’ (bit stuffing).

–O bit (charater) stuffing é completamente

transparente à camada de rede (transparência de caracters e transparência de bits).

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Enquadramento por bit (cont)

Caso o RX perca o controle, tudo que ele tem a fazer é procurar a próxima sequência de 6 bits ‘1’ visto que

ela só poderá ocorrer nas extremidades de cada quadro.

Exemplo: HDLC (High-level Data Link Control)

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Códigos de Detecção/Correção de Erros

• Existem duas estratégias básicas:

1. Incluir informação redundante suficiente

para permitir que o receptor detecte e corrija erros (“open loop”).

2. Incluir informação redundante apenas para permitir que o receptor detecte erros na

mensagem (“feedback”).

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Códigos de Detecção/Correção de Erros

• Open loop: não há necessidade de

retransmissão, receptor é capaz de recuperar a informação (Forward Error Correction –

FEC).

• Feedback: receptor detecta erro e solicita

retransmissão ao transmissor (implementação através dos protocolos ARQ).

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Detecção x Correção

• Correção: única solução para canais simplex

• Detecção: são geralmente mais eficientes

quando a taxa de erros do canal é baixa (poucas ReTX)

• Exemplo:

–Quadros de 1000 bits (m = 1000) necessitam 10 check bits (r = 10) para a correção de erros simples.

–Detecção de erros simples apenas 1 bit (r = 1)

–Overheads: 1 megabit de dados com error rate de 10^-6 por bit

• Correção 10.000 bits extra

• Detecção 1.000 bits + ReTX (1 megabit . 10^-6 = 1 ReTX) = 1000 check bits + 1001 (ReTX) = 2001 bits

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Métodos de Detecção

• Paridade

• Paridade Combinada

• Checksum

• CRC (Cyclic Redundancy Code).

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EDC= Bits de detecção e correção de erros (redundância)

D = Dados protegidos pela verificação de erros;

podem incluir os campos de cabeçalho

• A detecção de erros não é 100% confiável!

• Protocolos podem deixar passar alguns erros, mas é raro

• Quanto maior o campo EDC, melhor é a

capacidade de detecção e correção de erros

Detecção de erros

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Detecção de erros

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• Paridade

–acrescentar um bit de paridade ao caracter.

–paridade par e ímpar (nr de 1’s).

–0100 111 0 : eficiência de 7/8 ou 87,5%.

–É calculada pelo hardware de conversão para serial

Detecção de Erros

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–Combinação da paridade longitudinal (LRC -

Longitudinal Redundancy Checking) e paridade

vertical (VRC - Vertical Redundancy Checking) –Consiste em acrescentar

um bloco (BCC - Block Character Check) que

represente uma operação lógica nos bits da

mensagem.

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– Exemplo: paridade par

– Transmite REDE + BCC ou REDE + BCC + VRC R E D E BCC

b6 1 1 1 1 0 b5 0 0 0 0 0 b4 1 0 1 0 0

b3 0 0 0 1 1 <= LRC b2 1 1 0 0 0

b1 0 1 1 1 1 b0 1 0 0 0 1 VRC 0 1 1 1 1

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– Recepção com um erro simples, detecta e corrige R E D E BCC

b6 1 0 1 1 1 b5 0 0 0 0 0 b4 1 0 1 0 0

b3 0 0 0 1 1 <= LRC b2 1 1 0 0 0

b1 0 1 1 1 1 b0 1 0 0 0 1 VRC 0 0 1 1 1

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– Recepção com um erro duplo, detecta mas não corrige

R E D E BCC b6 0 0 1 1 0 b5 0 0 0 0 0 b4 0 0 1 0 1

b3 0 0 0 1 1 <= LRC b2 1 1 0 0 0

b1 0 1 1 1 1 b0 1 0 0 0 1 VRC 0 1 1 1 1

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– Recepção com um erro quadrado, mas não detectado.

R E D E BCC b6 1 1 1 1 1 b5 0 0 0 0 0 b4 1 0 1 0 0

b3 0 0 0 1 1 <= LRC b2 1 1 0 0 0

b1 1 0 1 1 1 b0 0 1 0 0 1 VRC 0 1 1 1 1

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Objetivo: detectar “erros” (ex.: bits trocados)

num segmento transmitido (nota: usado apenas na camada de transporte)

Checksum da Internet Detecção de Erros

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Transmissor:

• Trata o conteúdo de segmentos como seqüências de números inteiros de 16 bits

• Checksum: adição (soma em complemento de um) do conteúdo do segmento

• Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

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Receptor:

• Computa o checksum do segmento recebido

• Verifica se o checksum calculado é igual ao valor do campo checksum:

• NÃO — erro detectado

• SIM — não detectou erro.

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dados

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Checksum da Internet

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Códigos de Detecção de Erros

• Cyclic Redundancy Check (CRC):

–Cadeias de bits representadas por polinômios de coeficientes 0 e 1 apenas

–Ex: 110001 (6 bits) → x⁵ + x⁴ + x⁰ (polinômio de grau 5)

–Aritmética módulo 2: soma e subtração = XOR

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Códigos de detecção - CRC

• Origem e destino usam um polinômio gerador:

–10011 equivale a um polinômio do grau 4: x⁴ + x + 1.

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• Cálculo no transmissor:

–Seja a mensagem 1101011011.

–Concatenar o número de zeros do grau do gerador:

• 11010110110000. (deslocamento de 4 bits) –Dividir 11010110110000 pelo gerador 10011:

• O resto será 1110.

–Subtrair (módulo 2) o resto da mensagem (com zeros a esquerda):

• Transmitir 11010110111110.

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• Cálculo no receptor:

–Dividir o que foi recebido pelo gerador.

–Se o resto não for zero, há erros.

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Emissor Receptor

111100101 CRC?

• O emissor deseja enviar os bits de dados 111100101.

O gerador são os bits 101101.

• Como calcular o CRC antes de enviar os dados???

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CRC (Cyclic Redundancy Check)

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Emissor Receptor

11110010101010

• Após calcular o CRC cujos bits são 01010, o emissor envia os bits de dados mais os bits de CRC.

• O receptor utiliza os bits enviados e divide pelo gerador para verifica se os bits estão corretos.

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• Exemplos de polinômios padronizadosCRC

– CRC-12: x¹² + x¹¹ + x³ + x²+ x + 1 – CRC-16: x¹⁶ + x¹⁵ + x² + 1

– CRC-CCITT: x¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1 – HDLC: X¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1

• Poder do método (CRC-16 ou CRC-CCITT):

– Todos os erros simples – Todos os erros duplos

– Todos os erros com um número ímpar de bits – Bursts de até 16 bits

– Bursts de 17 bits (99.997%)

– Bursts de 18 ou mais bits (99.998%)

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Arquitetura de Redes

• Aula 2 - Atividade

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ATIVIDADE

• Explique porque em canais half ou full duplex é melhor utilizar detecção de erros a correção?

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