Redes de Computadores. Revisão A Camada de Enlace de Dados. Parte 4

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Redes de Computadores

2011

Revisão

A Camada de Enlace de Dados

Parte 4

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Redes de Computadores A Camada de Enlace de Dados

Camada de Aplicação Camada de Transporte

Camada de Rede

Camada de Enlace de Dados Camada de Física

Modelo de Referência TCP/IP

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Funções Principais

1. Proporcionar uma interface de serviços bem definidos para a camada de Rede.

2. Determinar como os bits da camada Física são agrupados em quadros (enquadramento).

3. Lidar com os erros de transmissão.

4. Regular o fluxo de quadros para que transmissores rápidos não “afoguem”

receptores lentos.

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede

• Serviço sem conexão e sem confirmação.

• Serviço sem conexão com confirmação.

• Serviço orientado a conexões com confirmação

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede Serviço sem conexão e sem confirmação

• Consiste em fazer o transmissor enviar quadros independentes ao receptor, sem que o receptor confirme o recebimento dos quadros.

• Nenhuma conexão lógica é estabelecida antes ou liberada depois do processo.

• Se um quadro for perdido, não haverá nenhuma tentativa de detectar a perda ou de recuperá-la.

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede Serviço sem conexão e sem confirmação

• Este serviço é apropriado para o tráfego em tempo real, no qual os dados recebidos com atraso causam mais problemas que dados recebidos com falhas.

• Exemplo: áudio e vídeo.

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede Serviço sem conexão com confirmação

• Também neste caso, nenhuma conexão lógica é estabelecida antes ou liberada depois do processo.

• Cada quadro enviado é, individualmente, confirmado pelo receptor. Dessa forma o transmissor sabe se um quadro chegou corretamente no receptor, ou não.

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede Serviço sem conexão com confirmação

• Caso o quadro não tenha chegado dentro de um determinado intervalo de tempo, este quadro é retransmitido.

• Esse serviço é útil em meios não confiáveis, como os sistemas sem fio.

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1. Serviços oferecidos à camada de Rede Serviço orientado a conexões

• As máquinas de origem e de destino estabelecem uma conexão antes dos dados serem transferidos.

• Cada quadro enviado é numerado, e a camada de Enlace de Dados garante que cada quadro será recebido e na ordem numérica correta.

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As transferências de dados passam por três fases distintas:

1ª - A conexão é estabelecida.

2ª - Os quadros são transmitidos.

3ª - A conexão é desfeita.

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As transferências de dados passam por três fases distintas:

2ª - Os quadros são transmitidos.

3ª - A conexão é desfeita, liberando as variáveis, os buffers e demais recursos alocados para a conexão.

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2. Enquadramento

O que a camada Física faz é aceitar um fluxo de bits e tentar entregá-lo no destino. Não há uma garantia de que esse fluxo esteja livre de erros.

A camada de Enlace de Dados é responsável por detectar e, se necessário, corrigir erros de transmissão.

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2. Enquadramento

2.1. Método da contagem de caracteres.

2.2. Método dos bytes de flags, com inserção de bytes.

2.3. Método dos bytes iniciais e finais, com inserção de bits. Vide exemplo a seguir.

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A) Permite que os quadros tenham um número aleatório de bits.

B) Não depende do conjunto de caracteres utilizado.

C) Cada quadro começa e termina com um padrão especial de bits:

01111110

2.3. Método dos bytes iniciais e finais, com inserção de bits

6 uns

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D) Sempre que a camada de Enlace de Dados do transmissor encontra 5 uns consecutivos nos dados, ela insere um bit 0 (zero) (bit de

enchimento) imediatamente depois.

E) Quando a camada de Enlace de Dados do receptor encontra um 0 (zero) após 5 uns consecutivos, ela descarta-o.

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Exemplo

Bits a transmitir: 011011111111111111110010 16 uns

Transmissor Receptor

01111110

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Exemplo

01001011111011111011111011001111110

Bits de enchimento

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Exemplo

0111111001001011111011111011111011001111110

Bits de enchimento

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3. Controle de erros

Como ter certeza de que todos os quadros enviados são recebidos corretamente?

A única solução é o receptor informar ao

transmissor o que ocorre com cada quadro.

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Transmissor Receptor

Envia quadro 1

Envia confirmação positiva do quadro 1 Envia quadro 2

Envia confirmação negativa do quadro 2 Retransmite o quadro 2

Envia confirmação positiva do quadro 2

Perda do quadro

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Retransmite o quadro 2

Time out do quadro 2

Descarte do quadro 2

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Conclusões

• É necessária a utilização de cronômetros temporizadores (“timers”) no transmissor.

• Cada quadro enviado dispara o cronômetro.

• O tempo máximo de espera antes da

retransmissão de um quadro é parametrizado.

• A camada de Enlace de Dados no receptor deve descartar quadros duplicados, se houver.

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Situação:

Um transmissor rápido, ou pouco carregado, enviando quadros para um receptor lento (ou sobrecarregado com outras recepções).

4. Controle de fluxo

Problema:

O receptor pode perder quadros.

Solução:

Adotar um controle de fluxo para regular a velocidade de transmissão do transmissor.

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Exemplo de dois métodos:

• Controle de fluxo baseado em feedback

• Controle de fluxo baseado na velocidade 4. Controle de fluxo

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Controle de fluxo baseado em feedback 4. Controle de fluxo

O receptor envia de volta ao transmissor informações que permitem ao transmissor enviar mais dados ou que, pelo menos, mostram ao transmissor qual a situação real do receptor.

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4. Controle de fluxo

Envia quadro 1

Envia confirmação positiva do quadro 1 Envia quadro 2

Envia confirmação positiva do quadro 2 Envia quadro de controle de fluxo

Envia quadro 3

Veloc. A

Veloc. B Envia confirmação positiva do quadro 3

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Controle de fluxo baseado na velocidade 4. Controle de fluxo

O protocolo tem um mecanismo interno que limita a velocidade com que os transmissores podem enviar os dados, sem usar o feedback do receptor.

Tempo Velocidade

0 V_máx

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Protocolos de Janela Deslizante

Nos protocolos anteriores os quadros de dados são transmitidos em apenas um sentido por vez.

Pode-se obter uma transmissão full-duplex definindo dois canais de comunicação distintos, e usar cada um deles para um tráfego de dados simplex.

Com isto haverá dois circuitos físicos separados, cada um deles com um “canal direto”: um para dados e outro para confirmações.

Objetivo

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O protocolo de janela deslizante é um dos protocolos mais divulgados do nível de dados.

O protocolo permite acompanhar quadros enviados e as respectivas confirmações. Os dados são transmitidos por um canal não confiável do nível físico ligando ponto a ponto. Com este protocolo, o nível de dados torna-se confiável para a rede.

O protocolo de janela deslizante apresenta maior desempenho do que o protocolo simples de entrega.

Objetivo

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No protocolo simples, após enviar um quadro, o processo fica bloqueado à espera da confirmação da entrega: se a confirmação não chegar a tempo, o quadro é reenviado.

No protocolo de janela deslizante, os processos de dados possuem uma memória tampão (``buffer'') de dimensão 2ⁿ. Cada processo mantém dois índices SentN e AckN que, respectivamente, determinam o numero do próximo quadro a enviar e o último quadro transmitido com sucesso. De início, SentN=1,AckN=0.

Quando um quadro é enviado, o transmissor dispara um temporizador. O protocolo é executado de acordo com os lados do canal:

Características

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No transmissor

• Pedido de envio de novo quadro: se a distância entre SentN e AckN for menor que a dimensão da memória tampão, o transmissor lê o pedido e:

 Chama a primitiva do nível físico para enviar o quadro.

 Incrementa SentN.

• Recepção de confirmação de entrega: o número enviado não é cumulativo (i.e., reconhece um a um). Avança AckN.

• Erro na recepção de um quadro: o transmissor volta a enviar o quadro errado, cujo numero é indicado pelo receptor.

• Fim de temporização:

 Chama a primitiva do nível físico para envio de todos os quadros, desde o mais antigo não confirmado até o último enviado,

 Reinicia o temporizador.

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No receptor

• Chegada de um quadro errado: envia pedido de reenvio do quadro.

• Chegada de um quadro correto:

 Se o quadro recebido for diferente do AckN (por exemplo, porque um se perdeu ou porque houve atrasos), pára e espera.

 Se o quadro recebido completar uma seqüência de entregas com sucesso desde AckN até número superior, entrega todos os dados, envia confirmação da seqüência e incrementa AckN para valor recebido.

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• A transmissão dos dados ocorre no modo “Full Duplex”.

• Os quadros de dados e de confirmação trafegam nos dois sentidos.

• A identificação se o quadro é de dados ou de confirmação fica no cabeçalho do quadro.

• Para se aumentar a performance da rede é possível retardar o envio da confirmação para acoplar um quadro de confirmação a outro de dados:

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Protocolos de Janela Deslizante Características

Host A Host BQuadro A2 + Confirmação B1 Confirmação A2 + Quadro B2

Quadro A1

Confirmação A1 + Quadro B1

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Quadro de confirmação acoplado ao de dados

Cabeçalho Confirmação Dados Fim (“trailer”)

Problema:

Se o tempo de retardo > tempo do temporizador do transmissor, o quadro será retransmitido aumentando, desnecessariamente, o tráfego na rede.

Solução:

Se tempo de retardo <= X mseg, há o acoplamento.

Se tempo de retardo > X mseg, não há o acoplamento e é enviado um quadro de confirmação independente do quadro de dados.

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• Cada quadro transmitido tem um número de seqüência.

• O transmissor tem uma lista dos quadros a enviar.

• O receptor tem uma lista dos quadros que pode receber.

• O transmissor mantém uma janela de transmissão e o receptor uma janela de recepção (não precisam ter o mesmo tamanho).

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• A janela de transmissão contém quadros enviados mas não confirmados.

• A janela de recepção contém quadros já recebidos e em processamento.

• Procedimento:

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• Procedimento:

 Transmitir um número finito de quadros antes de parar e esperar pela confirmação.

 O transmissor possui uma janela de tamanho variável contendo todos os quadros que pode transmitir. Cada quadro recebe uma numeração seqüencial.

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Uma janela deslizante de tamanho 1, com um número de seqüência de 3 bits.

(a) Inicialmente.

(b) Depois que o primeiro quadro é enviado.

(c) Depois que o primeiro quadro é recebido.

(d) Depois que a primeira confirmação é recebida.

Transmissor

Receptor

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A camada de Enlace de Dados na Internet

As funções da camada de Enlace de Dados para

conexões ponto a ponto na Internet exigem protocolos específicos como, por exemplo:

SLIP – Serial Line IP

Trata da conexão de PCs à Internet.

PPP – Point to Point Protocol

É uma evolução do SLIP e tornou-se o padrão da Internet.

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O PPP possui três recursos:

• Um método de enquadramento

• Um protocolo para ativar linhas, testá-las, transmitir e desativá-las.

• Um protocolo de comunicação com a Camada de Rede: NCP (Network Control Protocol).

PPP – Point to Point Protocol

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Diagrama simplificado de fases para ativar e desativar uma linha:

NCP – Network Control Protocol

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Redes de Computadores

2011