REDES E SISTEMAS
INTERNET
Camada de Enlace
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Introdução
•
Enquadramento
•Controle de Erros
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Protocolos da camada 2
redes ponto-a-ponto
•
Redes de difusão precisam ter protocolos especiais na
camada de enlace:
• A questão fundamental é determinar quem terá direito de usar o
canal quando há uma disputa por ele
• Os protocolos que resolvem este problema estão situados em uma
subcamada da camada de enlace
•
Alocação estática:
• A maneira mais simples para alocar canais é usar FDM (Frequency Division Multiplexing):
• Cada N usuário da rede recebe uma das N frequências disponíveis
• É simples e eficiente quando o número de usuários é pequeno e constante
• É inadequado quando o tráfego ocorre em rajadas ou quando usuários ficam inativos
• Se há 40 canais disponíveis mas 10 usuários não transmitem algo por um período, a largura de banda é desperdiçada
1. Modelo de estação ou terminal: são os emissores/receptores. 2. Premissa de canal único: um canal está disponível para todas as
comunicações.
3. Premissa de colisão: se 2 quadros são enviados ao mesmo
tempo eles se sobrepõem e o sinal resultante é inválido.
4. Continuidade do tempo: transmissão a qualquer instante ou em
intervalos discretos.
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ALOHA:
• Criado em 1970 por Norman Abramson na Universidade do Havaí
• O foco original era em comunicações por
radiodifusão terrestre
• Mas pode ser aplicado em qualquer ambiente de competição por canal
• Existem duas variantes clássicas ALOHA puro e slotted
• As estações podem transmitir sempre que desejarem
• Os pacotes que colidirem serão destruídos
• Se houver colisão, o transmissor espera um intervalo aleatório de
tempo e retransmite o pacote
• A eficiência máxima é em torno de 18,4%
Tempo (slots sombreados são colisões) Estação 1
•
ALOHA slotted:
• Melhoria realizada em 1972 para tentar diminuir a quantidade de colisões
• As estações devem esperar o início do próximo slot de tempo para
transmitir
• Os pacotes que colidirem serão destruídos
• Se houver colisão, o transmissor espera um intervalo aleatório de
tempo e retransmite o pacote
Estação 1 Estação 2 Estação 3 Estação 4 Estação 5 Estação 6
•
CSMA 1-persistente
• CSMA significa Carrier Sense Multiple Access • Está na família de protocolos que fazem detecção
da portadora
• Passos:
• Antes de transmitir verifica se alguém já está usando o canal
• Se o canal está ocupado a estação esperará até que ele fique ocioso
• É checado continuamente se desocupou!
• Quando detectar um canal desocupado, a estação enviará um quadro
• 1-persistente significa que transmite com probabilidade 100%!
• Se ocorrer uma colisão espera um tempo aleatório e começa de novo
Quando um burro fala o outro murcha
• CSMA significa Carrier Sense Multiple Access
• Está na família de protocolos que fazem detecção da portadora • Passos:
• Antes de transmitir verifica se alguém já está usando o canal
• Se o canal está ocupado a estação aguardará um tempo aleatório antes de tentar de novo
• Não fica checando continuamente se desocupou
•
CSMA
p
-persistente
• Funciona parecido com o protocolo CSMA 1-persistente
• Diferenças:
• Usa canais segmentados (slotted channels)
• Se o canal está desocupado, transmite com probabilidade p • A probabilidade de adiar para o próximo slot é q = 1 – p
•
Funciona como o CSMA básico, mas detecta colisões o
mais cedo possível e cancela o envio do quadro
• A interrupção do envio do quando o mais rápido possível quando
ocorre uma colisão economiza tempo e largura de banda •
O CD significa Collision Detection
• É usado na Ethernet clássica!
Slots de contenção
Tempo Período de
contenção Período de
• Problema da estação oculta: se A transmite para B e C não possui
alcance de rádio para A, a estação C acha que pode enviar para B
• Problema da estação exposta: se B transmite para A, C ouvirá
uma transmissão e acha que não pode mandar para D
B C D
A
Alcance de rádio
A B C D
A transmite
•
MACA (Multiple Access with Collision Avoidance):
• O transmissor estimula o receptor a enviar um quadro curto para que estações vizinhas possam detectar a transmissão
• Se ainda ocorrer colisão o transmissor espera um tempo aleatório...
C
E
A B D
Alcance do transmissor A RTS
C
E
A B D
• Melhorias sobre o MACA:
• ACKs: para tratar quadros perdidos na camada de enlace
• CSMA passou a ser usado para evitar que 2 RTSs fossem mandados ao mesmo tempo
• Incluído controle de congestionamento
• Um dos modos de operação do padrão 802.11 (WiFi) utiliza uma
•
O IEEE padronizou alguns tipos de redes locais e
metropolitanas dentro da família 802.X
• Padrões importantes:
• 802.3 (Ethernet)
• 802.11 (WiFi)
• A camada física destas redes é diferente mas a subcamada de enlace lógico é idêntica mesma interface para a camada 3 (LLC)!
LLC
MAC
Camada 3
LANs em todo o mundo
• Usa um esquema derivado do CSMA/CD 1-persistente com recuo
binário exponencial
• Se ocorrer uma colisão o tempo aleatório que é esperado para a
tentaitva i é gerado em um range de valores cada vez maior (0 - 2i-1)
• Começou com uso de cabo coaxial (padrões 10Base5 e 10Base2) • Nos dias atuais o domínio é do uso de par trançado (começou com
o 10Base-T, depois veio o 100Base-T e depois Gigabit Ethernet)
•
Formato do quadro do protocolo MAC do 802.3:
Preâmbulo S O F Endereçode destino de origem Endereço Tamanho Dados FCS
Bytes 7 1 6 6 2 46-1500 4
Usado para sincronização (10101010) Início do quadro (10101011)
Identifica as máquinas de origem/destino ou grupos multicast: se o 1º bit é 0 quadro individual;
1 multicast ou broadcast (se todos forem 1)
O mínimo evita o fim da transmissão antes de chegar no final do cabo!
• Possui 48 bits (6 bytes), representados em hexadecimal
• É registrado na ROM da placa da rede
• A alocação de endereços mais significativos é feita pela IEEE com
o objetivo de identificar unicamente o adaptador em nível global
• Exemplo:
78-84-3C-A8-3C-5B
•
Desvendando seu MAC:
• Exemplo para Windows: em linha de comando é possível obter o endereço físico pelos comandos “getmac” ou “ipconfig /all”
• Com o seu MAC em mãos, é possível descobrir o fabricante
usando um serviço do IEEE:
• acesse http://standards.ieee.org/develop/regauth/oui/public.html e digite a 1a parte do seu MAC – o sistema informará o fabricante!
78-84-3C
-A8-3C-5B
Multicast
Unicast
Broadcast
3 bytes 3 bytes
8 7 6 5 4 3 2 1
0: unicast; 1 - multicast
•
HUB x switch:
• Hubs enviam os quadros para todas as interfaces.
• Os switches possuem a capacidade de filtrar endereços MAC e possuem buffers, diminuindo o número de possíveis colisões
A B C
D E F
A B C
ao meio compartilhado
•
Foram propostos diversos protocolos desde o ALOHA
com melhorias sobre a eficiência do canal (CSMA,
CSMA/CD, etc)
•
Em LANs sem fio as situações de estações ocultas e
expostas precisam ser evitadas pelos protocolos
•
O padrão Ethernet é usado amplamente:
• O original usa esquema CSMA/CD, possui quadros com
endereços MAC origem/destino, dados de até 1500 bytes e usa CRC-32
• Endereços MAC são números de 6 bytes padronizados pela IEEE
