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Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica1
Redes de ComputadoresRedes de Computadores
Camada Lgica
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Departamento de Engenharia Informtica2 Camada Lgica
Endereamento em LANs Reviso
Introduo e Servios Deteco e correo de erros Protocolos de Acesso Mltiplo Endereamento em LANs Hubs e switches Tecnologias da camada lgica
Token Ring, PPP Ethernet
Tecnologias da camada lgica -Virtualizao
ATM MPLS
Endereos LAN
Expedio de tramas
ARP: AddressResolution Protocol
Encaminhamento de um pacote para uma LAN diferente
Endereos LAN
Expedio de tramas
ARP: AddressResolution Protocol
Encaminhamento de um pacote para uma LAN diferente
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Departamento de Engenharia Informtica3 Camada Lgica
Dispositivos Ethernet
Hub
Repetidor (Repeater)
Ponte (Bridge)
Switch
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Departamento de Engenharia Informtica4 Camada Lgica
Hubs essencialmente repetidores de camada fsica: Hub no backbone interliga segmentos de LAN
mas os domnios de coliso de segmentos individuais formam um grande domnio de coliso No d para interligar 10Base T com 100BaseT
Bits (e no pacotes) vindos de um link so repetidos em todos os demais links na mesma taxa de transmisso, aumenta energia do sinal
No h CSMA/CD no hub: os adaptadores detectam as colises Sem armazenamento em memria das tramas Fornece funcionalidade de gesto da rede
e.g. adaptador em emisso contnua erros Estende a distncia mxima entre ns
Interligao de redes locais Hubs
Topologia de bus popular at meados dos anos 90
hub hub hub
Backbone hub
10BaseT 10BaseT 10BaseT
Engenharia Electrotcnica
Engenharia Informtica
Engenharia de Sistemas
Prevalncia actual topologia em estrela, hierarquica
Multi-tier Hub
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Departamento de Engenharia Informtica5 Camada Lgica
Dispositivos do nvel de ligao de dados armazena e retransmite tramas Ethernet examinam os cabealhos de tramas expedindo-as de acordo com o destino
Uma Ponte (Bridge) isola domnios de coliso Instalao de ponte quebra a subrede em diversos segmentos de LAN
ponte filtra os pacotes: tramas do mesmo segmento de LAN no so normalmente encaminhados para os outros segmentos
dispe de memria para armazenar tramas Pode interligar vrios tipos de LANs
A existncia de uma ponte numa LAN no envolve nenhuma modificao nos adaptadores dos computadores da LAN
Suporta LANs arbitrariamente grandes Transparente
hosts ignoram presena de pontes Plug-and-play, Self-learning
no necessitam ser configurados
Interligao de redes locais- Pontes (Bridges), - e Comutadores Lgicos Switches
hub hub hub
switch
domnio de colisodomnio de coliso
domnio de coliso1
2 3
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Rede Institucional / Empresarial
hub hubhub
switch
para a rede externa
router
subrede IP
servidor de mail
servidor web
10BaseT100BaseT Gigabit Ethernet
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Fornece funcionalidades adicionais s da ponte Pontes a cairem actualmente em desuso
Normalmente Switches so implementados em Hardware, Pontes em Software
Switches tm diversas interfaces Hosts podem ter ligao directa com o switch Sem colises; full duplex
Comutao: A-para-A e B-para-B simultaneamente, sem colises
comutao cut-through: trama encaminhada da porta de entrada para a porta de sada antes de ter sido recebida toda a trama
reduo na latncia permite diversas combinaes de interfaces
partilhadas/dedicadas de 10/100/1000 Mbps
switch
A
A
B
B
C
C
Switches: Acesso Dedicado
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hub hub hub
switch1
2 3
As pontes aprendem que computadores esto ligados a cada uma das suas interfaces (construo e actualizao de tabelas de filtragem)
quando uma trama recebida a ponte aprende a posio do emissor (endereo origem da trama)
memoriza a posio numa tabela de filtragem Entradas da tabela de filtragem (ou de comutao Layer 2):
Coleco de 3 valores: endereo LAN, interface, rtulo temporal Cada entrada tem um tempo de vida pr-determinado (e.g., TTL de 60 min)
Procedimento de filtragem Quando uma ponte recebe uma trama:
indexa a tabela de filtragem usando o endereo MAC do destinoif destino estiver na LAN de onde veio a trama
then descarta a tramaelse /* consulta a tabela de filtragem */
if entrada encontrada para o destinothen encaminha a trama na interface indicada
elseusa inundao p/ trama /* encaminha p/ todas interfaces excepto aquela onde trama chegou */
Pontes e Switches: Filtragem de Tramas
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Pontes: Exemplo de Aprendizagem
C envia uma trama a D ... e D responde com uma trama para Cendereo interface
ABEIJ
11233
endereo interface
D responde a C a ponte aprende que D est na
LAN associada interface 2 e anota info na tabela de filtragem (2)
a ponte sabe que C est na LAN associada interface 1 e envia a trama apenas para essa interface
D 2(2)
C 1(1)
C envia trama e a ponte no tem informao sobre D
anota na tabela de filtragem (1) que C est na interface 1
a ponte usa a tcnica de inundao nas LANs que lhe esto ligadas
dado que D no se encontra na tabela, encaminha a trama para as demais interfaces: 2 e 3
a trama replicada ignorada na LAN associada ao porto 3 a trama recebida em D
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Ambos so dispositivos que funcionam no modo store-and-forward routers: dispositivos que funcionam ao nvel da camada de rede
o examinam os cabealhos da camada de rede switches: dispositivos que funcionam ao nvel da camada de ligao de
dados routers so responsveis pela construo e manuteno de tabelas de
encaminhamento e executam protocolos/algoritmos de encaminhamento switches so responsveis pela construo e manuteno de tabelas de
filtragem e executam algoritmos de rvore geradora e de aprendizagem
Switches vs Routers
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Comparao resumo:Vantagens (+) e Desvantagens (-)
+ Executam operaes simples usando pequena largura de banda
- Utilizao restrita a algumas topologias: excluso de redes com caminhos fechados
- No oferecem, em geral, mecanismos de proteco ao mau/mal-intencionado funcionamento das mquinas interligadas (e.g., emisso contnua de tramas de difuso por parte de uma fonte)
+ Suportam topologias arbitrrias (a existncia de caminhos fechados tido em conta limitando o nmero de saltos de um datagrama)
+ Podem fornecer servios de proteco (firewall)
- Exigem a configurao de endereos (no so plug and play)
- Exigem, em geral, maior largura de banda para a troca de mensagens entre si
Routers Switches
hubs routers switches
isolamento de trfego no sim sim
plug & play sim no sim
roteamento ptimo no sim no
Cut through sim no sim
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Hubs e Switches Reviso
Introduo e Servios Deteco e correo de erros Protocolos de Acesso Mltiplo Endereamento em LANs Hubs e switches Tecnologias da camada lgica
Token Ring, PPP Ethernet
Tecnologias da camada lgicaVirtualizao
ATM MPLS
Interligao de redes locais
Hubs e Pontes
Rede Institucional / Empresarial
PontesAcesso Dedicado
Filtragem de Tramas
Exemplo de Aprendizagem
Pontes vs Routers
Interligao de redes locais
Hubs e Pontes
Rede Institucional / Empresarial
PontesAcesso Dedicado
Filtragem de Tramas
Exemplo de Aprendizagem
Pontes vs Routers
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Token Ring Anel de Testemunho
Formato das tramas SD e ED delimitam a
trama AC (Access Control) contem o bit de
testemunho bits de reserva, prioridade
e monitorizao FC (Frame Control) FS
(Frame Status) indica se o destino
recebeu a trama
Acesso ao meio Testemunho tem de caber no anel N pode enviar trama quando
reconhece o testemunho N que envia trama retira o
testemunho do anel N que envia a trama repe o
testemunho Aps envio Aps recepo
11 1 6 6 4 1 1
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Protocolos de ligao ponto a ponto populares: PPP (point-to-point protocol) HDLC: High level data link control - Controlo de Ligao de Dados de Alto Nvel
Ligao entre dois ns: um emissor, um receptor, um canal sem controlo de acesso ao meio (MAC) sem necessidade de endereamento MAC explcito e.g. ligao ao ISP via interface srie e modem, ou sobre ISDN
Formatao das tramas Delimitao de tramas e justificao da informao Deteco de erros
Protocolo de controlo da ligao Manuteno ligao Negociao de parmetros
Protocolos de controlo da camada de rede Vrias camadas de rede so suportadas Negociao de parmetros, e.g.: Endereo IP
Protocolo de ligao ponto a ponto: Point to Point Protocol (PPP)
[RFC 1661, 2153]
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Requisitos
Delimitao dos pacotes: encapsulamento de datagramas da camada de rede em trama da camada lgica
transporta dados de qualquer protocolo de camada de rede (no apenas do IP) simultaneamente
habilidade de desmultiplexar para cima Transparncia de bits: transportar qualquer padro de bits no campo de dados Deteco de erros (sem correco) Manuteno da ligao: detecta, indica falhas da ligao para a camada de rede Negociao do endereo da camada de rede: pontos terminais podem
aprender/configurar o endereo de rede do outro
No requisitos
no faz correco/recuperao de erros sem controlo de fluxo entrega fora de ordem OK sem necessidade de dar suporte a canais multiponto (ex., polling)
relegados para camadas superiores
[RFC 1547]
Requisitos de Projecto PPP
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Formato das tramas PPP
Delimitador (flag): 01111110 Endereo: 11111111 (nica possibilidade) Controlo: 00000011 (nica possibilidade - no futuro pode ter
mltiplos campos de controle Protocolo: protocolo da camada superior para o qual entregar a trama
Ex: PPP-LCP, IP, IPCP info: dados da camada superior que esto a ser transportados verificao (check), ou FCS: cdigo de redundncia cclica para
verificao de erros
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Enchimento de Bytes (Byte Stuffing)
Requisito de transparncia dos dados: campo de dados deve poder incluir o padro do delimitador 01111110
Nos dados, se estiver contido o padro do delimitador, este deve ser precedido por um byte de escape, 01111101, introduzido pelo emissor
Ento e se byte de escape tambm aparecer nos dados? Emissor
adiciona (enche) byte 01111101 extra antes de cada byte 01111101 de dados Receptor:
apenas um 01111110: byte de delimitador byte 01111101 precede byte 01111110 em sequncia: descarta o primeiro byte,
continua com a recepo dos dados processando 01111110 como dados dois bytes 01111101 em sequncia: descarta o primeiro byte, continua com a
recepo dos dados, processando o 2 byte 01111101 como dados
Como disambiguar se 01111110 recebido dados ou delimitador?
01011101 00101011 01111110 11010101 01111101 00001000
01011101 00101011 01111110 01111101 11010101 01111101 01111101 00001000
Dados originais:Dados enviados pelo emissor:
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Protocolo de Controlo de Dados PPP
Antes de iniciar a troca de dados os extremos da ligao PPP tm de trocar informao de controlo:
Configurao da ligao (e.g., comprimento mximo da trama, autenticao, protocolo n C021)
Inicio da ligao Trama LCP configure-request Configure-ack (all options acceptable) ou
configure-nak Fecho da ligao
Trama LCP terminate-request Trama LCP Terminate-ack
Configurao da camada de rede para o protocolo IP: transporta
mensagens do protocolo IPCP (protocolo n 8021) para configurar/aprender endereos IP
Link-control Protocol - LCP
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Largamente difundida A mais antiga das tecnologias de rede local Mais simples e menos cara que outras tecnologias de redes
Muito barata! 20$ para placas 10/100Mbps! Acompanhou o aumento de velocidade: 10 Mbps 10 Gbps Admite ligaes ponto-a-ponto (usando comutadores lgicos) e canais de difuso
(usando hubs) partilhados
Rascunho de Metcalfe sobre a Ethernet
EthernetStandard 802.3
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Ethernet: Tecnologias
10BASE2 (802.3a-1985) Cabo coaxial fino 10 Mbps, todas as tramas enviadas recebidas em todas as interfaces Distncia mxima sem repetidores 185 m
10BASE-T (802.3i-1990), 100BASE-T (802.3u-1995) Pares entrelaados (conector RJ-45 no final) Taxas de transmisso normalmente de 10 e 100 Mbps No d para interligar 10Base T com 100BaseT Ns esto fisicamente ligados a um hub: topologia estrela Distncia mxima do n ao hub 100 m (i.e. distncia mxima entre dois ns 200 m)
100BASE-FX Como 100BASE-TX mas os cabos so em fibra ptica (maior alcane e taxa de transmisso)
1000BASE-T (802.3ab-1999) Usada sobretudo em modo full-duplex
A distncia mxima de um domnio de coliso de 256 bits para o funcionamento correcto do CSMA/CD
2 cabos de par entrelaado
hub
T significa Par Tranado (Twisted pair) 10BASE-T
adaptador
Escolhas da ligao: hub ou Bridge
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Departamento de Engenharia Informtica21 Camada Lgica
Ethernet: Formato das TramasAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) numa trama Ethernet
CRC: x32+ x26+ x23+ x22+ x16+ x12+ x11+ x10+ x8+ x7+ x5+ x4+ x2+ x+1verificado pelo receptor: se fr detectado um erro, a trama descartada
Dados: MTU entre 46 (min) e 1500 bytes (max); enchimento (padding) do datagrama
Tipo: chave de desmuliplexagem, indica o protocolo da camada superior usualmente IP, mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
Preambulo: 7 bytes da forma 10101010, seguidos do byte 10101011 usado para sincronizar receptor ao relgio do emissor (relgios nunca so exactos, muito provvel que exista algum desvio entre eles)11 marca inicio da trama
Endereos: destino / origem (6 bytes para cada endereo MAC)se o adaptador recebe trama com o endereo destino igual ao seu, ou com end. de difuso, passa os dados da trama para o protocolo da camada de redecaso contrrio, o adaptador descarta a trama
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Departamento de Engenharia Informtica22 Camada Lgica
Sem ligaes: No h estabelecimento de ligao (handshaking) entre os adaptadores emissor e receptor
No fivel: o adaptador receptor no envia ACKs ou NACKs para o adaptador emissor
fluxo de datagramas passados para a camada de rede pode conter falhas na sequncia falhas sero preenchidas se a aplicao estiver a usar o TCP caso contrrio, a aplicao ver as falhas
Servio no fivel e sem ligaes
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Departamento de Engenharia Informtica23 Camada Lgica
1. Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria uma trama
2. Se o adaptador percebe que o canal est livre (atravs do sinal de voltagem, i.e. nenhum sinal de energia no canal durante o tempo de transmitir 96 bits), comea a transmitir a trama. Se percebe que o canal est ocupado, espera que o canal fique livre e transmite
3. Se o adaptador transmitir toda a trama sem detectar outra transmisso, o adaptador terminou com a trama!
4. Se o adaptador detectar outra transmisso enquanto estiver a transmitir, aborta transmisso e envia sinal de jam, reforando a coliso (48-bit jam signal), e garantindo que todos os emissores estejam cientes da coliso
5. Aps a abortagem, o adaptador entra no Recuo binrio exponencial truncado (binary exponentialbackoff): aps a n-sima coliso, o adaptador escolhe um K de forma aleatoria entre {0,1,2,,2m-1}, m=min(n,10). O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
Algoritmo CSMA/CD da Ethernet
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Departamento de Engenharia Informtica24 Camada Lgica
Ethernet CSMA/CD
Tempo de Bit: 0,1 microseg para Ethernet de 10 Mbps;para K=1023, tempo de espera de cerca de 50 mseg
Recuo binrio exponencial truncado: Objectivo: adaptar as tentativas de
retransmisso carga actual estimada Alta carga: espera aleatria ser mais longa
na primeira coliso: escolhe K entre {0,1}; atraso de K 512 tempos de transmisso de um bit
aps a segunda coliso: escolhe K entre {0,1,2,3}
aps 10 colises, escolhe K entre {0,1,2,3,4,,1023}
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Eficincia do CSMA/CD
Tprop = prop mxima entre 2 ns na LAN ttrans = tempo para transmitir trama de tamanho mximo
Eficincia vai para 1 medida que tprop vai para 0 Eficincia vai para 1 medida que ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA, e ainda descentralizado,
simples, e barato
transproptt /51
1eficincia
+=
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Departamento de Engenharia Informtica26 Camada Lgica
Usada no 10BaseT 100BaseT usa codificao 4B5B mais eficiente (grupos de 5 periodos de
relgio utilizados para transmitir 4 bits de modo a fornecer transies suficientes para sincronizar relgios)
Cada bit possui uma transio Permite a sincronizao dos relgios nos ns emissor e receptor
no h necessidade de um relgio global, centralizado camada fsica!
Codificao de Manchester
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Departamento de Engenharia Informtica27 Camada Lgica
Gbit Ethernet
Usa formato padro da trama Ethernet Admite ligaes ponto-a-ponto e canais de difuso partilhados Backward compatible com 10BaseT e 100BaseT
Extenso a estes standards Em modo partilhado, usa CSMA/CD
para ser eficiente, as distncias entre os ns devem ser curtas (poucos metros)
Os Hubs usados so chamados de Distribuidores com Memria (Buffered Distributors)
Full-Duplex a 1 Gbps para ligao ponto-a-ponto
10Gigabit Ethernet: a 10 Gbps (802.3ae)
Standard: IEEE 802.3z
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Departamento de Engenharia Informtica28 Camada Lgica
rvore Geradora (spanning tree)
Por uma questo de fiabilidade do sistema desejvel que existam vrios caminhos entre origem e destino
Com mltiplos caminhos entre origem e destino surge a possibilidade indesejvel de que as tramas circulem indefinidamente no sistema
Soluo: organizao das pontes em rvore geradora desactivando algumas das suas interfaces
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Departamento de Engenharia Informtica29 Camada Lgica
rvore Geradora AlgoritmoConstruo da rvore geradora Determinao da ponte raz Determinao do porto raz em cada ponte Determinao do porto e ponte designados
em cada LAN
Algoritmo (Radia Perlman, 1985) O algoritmo distribudo e baseia-se na
troca de BPDUs (Bridge Protocol Data Units) entre as pontes; cada BPDU tem a seguinte informao
Identificador da ponte e porto do originador Custo do caminho para a ponte raz do
conhecimento actual do originador Identificador da ponte raz do conhecimento
actual do originadorInicialmente todas as pontes so raz
e difundem essa informao em cada LAN a que esto ligadas
Hipteses cada ponte tem um identificador nico cada porto de ponte tem um identificador nico cada rede tem 1 endereo que permite comu-
nicar com todas as pontes ligadas a essa redeDefinies Ponte raz: ponte com o menor valor de
identificador Custo de um caminho: soma dos custos
associados transmisso de uma trama atravs de cada porto das pontes nesse caminho
Porto raz de uma ponte: porto atravs do qual o custo do caminho ponte raz menor
em igualdade de custos escolhe-se o porto de menor valor de identificador
Ponte designada e porto designado: em cada LAN uma ponte escolhida como a ponte designada e o porto correspondente o porto designado
a ponte designada a que proporciona o menor custo at raz; em igualdade de custos escolhida a ponte com menor valor de identificador
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Departamento de Engenharia Informtica30 Camada Lgica
Exemplo de construo de rvoregeradora
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Departamento de Engenharia Informtica31 Camada Lgica
Tecnologias da camada lgica
Introduo e Servios Deteco e correo de erros Protocolos de Acesso Mltiplo Endereamento em LANs Hubs e switches Tecnologias da camada lgica
Token Ring, PPP Ethernet
Tecnologias da camada lgicaVirtualizao
ATM MPLS
Protocolo Anel de TestemunhoFormato das tramas e acesso ao meio
Protocolo Ponto a Ponto (PPP)Requisitos
Formato das tramas
Enchimento de Bytes
Protocolo de Controlo de Dados PPP
EthernetTecnologias
Formato das Tramas
Servio no fivel e sem ligaes
Algoritmo CSMA/CD Eficincia
Codificao de Manchester
Gbit Ethernet
rvore Geradora (spanning tree)
Protocolo Anel de TestemunhoFormato das tramas e acesso ao meio
Protocolo Ponto a Ponto (PPP)Requisitos
Formato das tramas
Enchimento de Bytes
Protocolo de Controlo de Dados PPP
EthernetTecnologias
Formato das Tramas
Servio no fivel e sem ligaes
Algoritmo CSMA/CD Eficincia
Codificao de Manchester
Gbit Ethernet
rvore Geradora (spanning tree)
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Departamento de Engenharia Informtica32 Camada Lgica
Virtualizao dos recursos: uma abstrao poderosa para a engenharia de sistemas:
Exemplos em computao: memria virtual, dispositivos virtuais Mquinas virtuais: ex., java SO VM da IBM VM nos anos 1960/70
Abstraes em camadas: no apresenta os detalhes das camadas inferiores, lida com as camadas inferiores apenas de forma abstracta
Virtualizao das Redes
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Departamento de Engenharia Informtica33 Camada Lgica
1974: mltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados sobre cabos redes de pacotes via satlites (Aloha) redes de pacote via rdio
com diferenas em: convenes de endereamento
formato dos pacotes
recuperao de erros
encaminhamento
ARPAnet rede de satlites
A Internet: Virtualizao das Redes
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Departamento de Engenharia Informtica34 Camada Lgica
ARPAnet rede de satlites
gateway
Camada Interedes (IP Internetwork layer) endereamento: rede interconectada
aparece como uma entidade nica, uniforme, apesar da heterogeneidade das redes locais
rede de redes
Gateway: encapsula os pacotes interredes no
formato do pacote local encaminha (na camada interrede)
para o prximo gateway
Gateways e IP Internetworking
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Departamento de Engenharia Informtica35 Camada Lgica
O que foi virtualizado? duas camadas de endereamento: interrede e rede local nova camada (IP) torna tudo homogneo na camada interrede tecnologia de rede local
Cabo Satlite Modem de 56Kbps X.25 e Frame-relay ATM e MPLS
ATM e MPLS so redes diferentes modelos de servios, endereamento e roteamento diferentes dos usados na Internet vistos pela Internet como sendo uma ligao lgica a interligar routers IP
invisvel para a camada interrede. Para o IP parecem como tecnologias da camada lgica!
Arquitectura Interredes de Cerf & Kahn
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Departamento de Engenharia Informtica36 Camada Lgica
ATM: Asynchronous Transfer Mode
ATM: camada de rede ou lgica? Viso: transporte extremo-a-extremo
ATM uma tecnologia de rede Realidade: usada para ligar routers de
um backbone IP IP sobre ATM ATM como uma camada de
ligao de dados comutada, a qual liga routers IP
Rede ATM
Rede IP
Objectivo: transporte extremo-a-extremo integrado para voz, vdeo e dados atendendo aos requisitos de sincronismo e QoS para voz e vdeo (versus o
modelo de melhor esforo da Internet) prxima gerao dos telefones: razes tcnicas nos telefones Comutao de pacotes (pacotes de comprimento fixos, denominados de
clulas) usando circuitos virtuais
Standard de alta velocidade dos anos 90s/00 - 155Mbps a 622 Mbps, e superior
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Departamento de Engenharia Informtica37 Camada Lgica
Camada de Adaptao ATM ATM adaptation layer (AAL) na fronteira de uma rede ATM - AAL apenas nos sistemas finais, no nos switches (comutadores) Segmento AAL (campos de cabealho/cauda, dados) fragmentado em vrias clulas ATM
analogia com a camada de transporte da Internet: segmento TCP em muitos pacotes IP
adapta as camada superiores (IP ou aplicaes nativas ATM) camada ATM abaixo Sub-camada de convergncia (CPCS) Sub-camada de segmentao e reconstruo (SAR) dos dados
Camada ATM - camada de rede comutao de clulas, encaminhamento
Camada PHY Sub-camada de convergncia (TC) Sub-camada dependente do meio (PMD)
Sistema terminal Comutador ATM Comutador ATM Sistema terminal
Camada IP Camada IP
Arquitectura ATM
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Departamento de Engenharia Informtica38 Camada Lgica
Diferentes verses de camadas AAL, dependendo da classe de servio ATM: AAL1: para servios CBR (Constant Bit Rate), e.g. emulao de circuitos AAL2: para servios VBR (Variable Bit Rate), e.g., vdeo MPEG AAL5: para dados (ex, datagramas IP)
PDU AAL
clula ATM
Dados do utilizador
Camada de Adaptao ATM (AAL)
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Departamento de Engenharia Informtica39 Camada Lgica
Servio: transporta clulas atravs da rede ATM anloga camada de rede IP servios muito diferentes dos da camada IP
Arquiteturade Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo deservio
melhoresforoCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
nenhuma
taxaconstantetaxagarantidamnimagarantidanenhuma
Perdas
no
sim
sim
no
no
Ordem
no
sim
sim
sim
sim
Tempo
no
sim
sim
no
no
Informa s/congestion.?
no (inferidovia perdas)semcongestion.semcongestion.sim
no
Garantias ?
Camada ATM
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Departamento de Engenharia Informtica40 Camada Lgica
Camada ATM: Circuitos Virtuais (VC)
Transporte em VCs: clulas transportadas em VCs da origem ao destino estabelecimento de ligao para cada chamada antes que dados possam fluir cada pacote carrega o identificador do VC (e no a ID do destino) cada comutador no caminho entre origem e destino mantm o estado para
cada ligao que passa por ele recursos de ligao de dados, comutao (largura de banda, buffers) podem
ser alocados ao VC: para obter desempenho do tipo comutao de circuito VCs Permanentes (PVCs)
ligaes de longa durao tpico: caminho permanente entre ns de encaminhamento IP
CVs Comutados (SVC Switched VC) estabelecimento dinmico a cada chamada
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Departamento de Engenharia Informtica41 Camada Lgica
Virtual Circuits (VCs) ATM
Vantagens da abordagem de VCs do ATM
garantia de desempenho de QoS para a ligao mapeada no VC (largura de banda, atraso, variao do atraso jitter)
Desvantagens da abordagem de VCs do ATM
Suporte ineficiente ao trfego de datagramas
um PVC para cada par origem/destino no escalvel (so necessrias N2 ligaes)
SVCs introduzem atraso de estabelecimento de ligaes, overhead de processamento para ligaes de curta durao
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Departamento de Engenharia Informtica42 Camada Lgica
Camada ATM: clula ATM
cabealho da clula ATM de 5 bytes carga til (payload) de 48 bytes
pequena carga => tempo de criao de clula pequeno, para voz digitalizada
3 bit do campo PT (Payload Type) da clula ATM a 1 indica ltima clula
Formato da clula
Cabealho
CLP: bit de prioridade de perda de clula (Cell Loss Priority) CLP = 1 indica clula de baixa prioridade, pode ser descartada em caso de congesto
VCI: ID do circuito virtual mudar em cada ligao atravs da rede
PT: Tipo da carga (ex. clulas RM ou clula de dados)
HEC: HeaderError Checksum(checksum do cabealho)
Verificao de redundncia cclica
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Departamento de Engenharia Informtica43 Camada Lgica
Camada Fsica ATMDuas partes (subcamadas) da camada fsica:
Subcamada Dependente do Meio Fsico (PMD - Physical Medium Dependent):depende do meio fsico que est a ser utilizado
SONET/SDH: estrutura de quadro de transmisso (como um container transportando bits); sincronizao de bits; participao da largura de banda (TDM); vrias velocidades: OC3/STM-1 = 155,52Mbps; OC12/STM-4 = 622,08Mbps;
OC48/STM-16 = 2,45Gbps, OC192/STM-64 = 9,6Gbps no estruturada: apenas clulas (ocupadas/idle)
Subcamada de Convergncia de Transmisso (TCS - Transmission ConvergenceSublayer ): adapta a camada superior, ATM, subcamada PMD abaixoFunes da TCS:
Gerar o checksum do cabealho: CRC de 8 bits Delimitao da Clula Na subcamada PMD no estruturada, transmite clulas idle quando no houver clulas
de dados para transmitir
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Departamento de Engenharia Informtica44 Camada Lgica
IP sobre ATMApenas IP Clssico 3 redes (ex, segmentos de LAN) endereos MAC (802.3) e IP
IP sobre ATM substitui uma rede (e.g.,
segmento LAN) por uma rede ATM
endereos ATM e endereos IP
RedeATM
LANs Ethernet
LANs Ethernet
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Departamento de Engenharia Informtica45 Camada Lgica
IP sobre ATM - Funcionamento
AALATMfisfis
Eth
IP
ATMfisica
ATMfisica
aplicaotransporte
IPAALATMfsica
aplicaotransporte
IPEthernet
fsica
No sistema terminal de origem camada IP faz o mapeamento entre
end. destino IP e ATM (usando ARP) datagrama IP convertido em
PDUs da AAL5 a AAL5 encapsula os dados, segmenta
em clulas e passa para a camada ATM...de endereos IP para endereos ATM
exactamente como converso de endereos IP para endereos MAC 802.3!
Na Rede ATM encaminha a clula atravs do VC at o
destino circuitos virtuais permanentes entre pares de
routers de entrada e sada
ATM ARP: cada encaminhador tem um VC de difuso associado
No sistema terminal de destino a AAL5 junta as clulas para montar o
datagrama original se CRC OK, datagrama passado p/ o IP
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Departamento de Engenharia Informtica46 Camada Lgica
IP sobre ATM Exemplo
ATM transport all the way from BTS to GGSN IP over ATM AAL2 from Serving-RNC to GGSN
fixed ATM cell size leading to packet fragmentation, virtual circuit setup delays
Native IP transport over a simple MAC protocol is preferable (technically and commercially)
Transport protocol stack for UMTS network deployment using ATM backbone
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Departamento de Engenharia Informtica47 Camada Lgica
MultiProtocol Label Switching (MPLS)
cabealhoPPP ou Ethernet
cabealhoIP restante da trama
CabealhoMPLS
rtulo (label) Exp S TTL
20 3 1 5
Comutao de rtulos (labels) multiprotocolo Objectivo inicial: acelerar o encaminhamento IP atravs do uso de
rtulos de comprimento fixo (ao invs de endereo IP) empresta ideias da abordagem de circuitos virtuais (VCs) mas os datagramas ainda mantm o endereo IP
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Departamento de Engenharia Informtica48 Camada Lgica
Router com suporte a MPLS
LSR = label-switched router encaminha os pacotes para a
interface de sada baseado apenas no valor do rtulo (no verifica o endereo IP)
a tabela de encaminhamento do MPLS distinta da tab. de encaminhamento do IP
necessrio protocolo de sinaliza-o para criar o encaminhamento
RSVP-TE encaminhamento possvel atravs
de caminhos que o IP sozinho no permitiria
uso de MPLS para realizar engenharia de trfego
co-existe com routers apenas IP
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Departamento de Engenharia Informtica49 Camada Lgica
Tabelas de Encami-nhamento MPLS
R1R2
D
R3R4
R50
1
00
A
R6
rtulo rtulo interfaceentr. sada dest sada
6 - A 0
rtulo rtulo interfaceentr. sada dest sada
10 6 A 112 9 D 0
rtulo rtulo interfaceentr. sada dest sada
10 A 012 D 0
1
rtulo rtulo interfaceentr. sada dest sada
8 6 A 0
0
8 A 1
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Departamento de Engenharia Informtica50 Camada Lgica
Tecnologias da camada lgica: Virtualizao Reviso
Introduo e Servios Deteco e correo de erros Protocolos de Acesso Mltiplo Endereamento em LANs Hubs e switches Tecnologias da camada lgica
Token Ring, PPP Ethernet
Tecnologias da camada lgica Virtualizao ATM MPLS
Virtualizao das Redes
ATMArquitectura
Camada de Adaptao ATM (AAL)
Camada ATM Circuitos Virtuais
Clula ATM
Camada Fsica ATM
IP sobre ATM Funcionamento
Exemplo
MultiProtocol LabelSwitching (MPLS)
Router com suporte a MPLS
Tabelas de Encaminhamento MPLS
Virtualizao das Redes
ATMArquitectura
Camada de Adaptao ATM (AAL)
Camada ATM Circuitos Virtuais
Clula ATM
Camada Fsica ATM
IP sobre ATM Funcionamento
Exemplo
MultiProtocol LabelSwitching (MPLS)
Router com suporte a MPLS
Tabelas de Encaminhamento MPLS
De seguida, em anexo:X.25, Frame Relay, e Carrier Ethernet
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Departamento de Engenharia Informtica51 Camada Lgica
X.25 e Frame Relay
Tecnologias de Longa Distncia (como ATM) ambos tambm orientados a Circuito Virtual, como ATM
X.25 foi criado nos anos 70, com o apoio dos Operadores de Telecomunicaes, como resposta tecnologia de datagrama da ARPANET
Frame Relay surgiu da tecnologia RDSI (no final dos anos 80)
Tanto X.25 como Frame Relay podem ser usados para transportar datagramas IP
por isso, so vistos como Camadas de Ligao de Dados pela camada de protocolo IP
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Departamento de Engenharia Informtica52 Camada Lgica
X.25
X.25 constri um VC entre origem e destino para cada ligao do utilizador Ao longo do caminho, controlo de erro (com retransmisses) em cada ligao Adicionalmente, em cada VC, controlo de fluxo em cada ligao individual
usando crditos congestionamento a ocorrer em um n intermedirio propaga para a origem atravs da
presso reversa (backpressure) o controle de crdito por fluxo garante a partilha justa Em consequncia, pacotes so entregues de forma fivel e em ordem no destino
Colocar inteligncia na rede fazia sentido nos anos 70 (terminais burros sem TCP)
hoje em dia, TCP e fibra (praticamente livre de erros), favorecem deslocar a inteligncia para a fronteira da rede
adicionalmente, routers Gigabit no suportam custo do processamento X.25
Como resultado, X.25 est a ficar extinto
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Departamento de Engenharia Informtica53 Camada Lgica
Frame Relay (FR) Projectado no final dos anos 80 e muito usado nos anos 90
para interligar rede locais de clientes empresariais cliente empresarial aluga servio FR de uma rede pblica de Frame Relay em alternativa, empresa de grandes dimenses pode construir uma rede Frame Relay
particular. Controlo de fluxo extremo a estremo VCs do Frame Relay no usam controlo de erros Cada VC como um tubo carregando trfego agregado entre dois routers
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Departamento de Engenharia Informtica54 Camada Lgica
Frame Relay Trama
Frame Relay implementa principalmente VCs permanentes (fluxos agregados) Campo de ID do VC de 10 bits no cabealho da trama Se IP transportado por cima do FR, o ID do VC que corresponde ao endereo IP do
destino procurado na tabela de VCs local Comutador FR apenas descarta tramas com CRC corrompido (o TCP retransmite
nesses casos)
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Departamento de Engenharia Informtica55 Camada Lgica
Frame Relay - Controlo da Taxa no VC
CIR = Committed Information Rate: definido para cada VC e negociado na hora de criar o VC
o cliente paga baseado no CIR bit DE = bit de Discard Eligibility no cabealho da trama
bit DE = 0: prioridade alta, trama dentro da taxa combinada; a rede tenta entreg-lo custe o que custar
bit DE = 1: prioridade baixa, trama marcado; a rede descarta-o quando uma ligao fica congestionada
Tipicamente, muitos VCs (um por router de destino) multiplexados num s tronco de acesso
cada VC tem o seu prprio CIR Comutador FR de fronteira mede taxa de trfego para cada VC
marca (i.e. DE 1) as tramas que excedem o CIR (podem ser descartados mais tarde)
Taxa de Acesso: taxa R da ligao de acesso entre router de origem (cliente) e comutador FR de fronteira (fornecedor)
64 kbps < R < 2 Mbps
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Departamento de Engenharia Informtica56 Camada Lgica
Frame Relay - Controlo da Taxa (cont)
Fornecedor de Frame Relay quase garante taxa CIR (excepto quando ocorre overbooking)
Sem garantias de atraso, mesmo para trfego de prioridade alta atraso depende em parte do intervalo de medio da taxa, Tc quanto maior Tc, maior irregularidade (mais rajadas) pode ter o trfego
injectado na rede, e maior ser o atraso
Fornecedor Frame Relay deve realizar um estudo cuidadoso de engenharia de trfego antes de comprometer uma CIR, para que possa sustentar seu compromisso e impedir overbooking
CIR de Frame Relay o primeiro exemplo de um modelo de cobrana que depende da taxa de trfego numa rede de pacotes
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Departamento de Engenharia Informtica57 Camada Lgica
Carrier (Metro) Ethernet
1992 - less than a million computers
2010 - expected: 10 devices per person = hyperconnectivity
Challenges: Handling massive amounts of
bandwidth Handling more devices more
complex networks Goal:
Increase bandwidth Simplify the networks (for ex.
maintanence, cost issues)
19921992 - less than a million computers
20102010 - expected: 10 10 devicesdevices perper personperson = hyperconnectivityhyperconnectivity
ChallengesChallenges: : Handling massive amounts of
bandwidth Handling more devices more
complex networks GoalGoal::
Increase bandwidth Simplify the networks (for ex.
maintanence, cost issues)
Scalability
100,000s of customers
Reliability
50ms recovery (like SDH) Ethernet Ring Protocol (ERP), created by Nokia Siemens Networks in Portugal
Service Management
Quickly provision new services
Efficient Operations, Administrationand Management (OAM) protocols
Quality of Service
Prioritization, traffic engineering
Scalability
100,000s of customers
Reliability
50ms recovery (like SDH) Ethernet Ring Protocol (ERP), created by Nokia Siemens Networks in Portugal
Service Management
Quickly provision new services
Efficient Operations, Administrationand Management (OAM) protocols
Quality of Service
Prioritization, traffic engineering
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Departamento de Engenharia Informtica58 Camada Lgica
DA SA Etype Payload FCS
DA SA Etype VID Etype Payload FCS
DA SA Etype S-VID Etype C-VID Etype Payload FCS
802.1 (Standard Ethernet Frame)
802.1Q(VLAN)
802.1ad(QinQ)
802.1ah(MACinMAC)
Q-TAG
S-TAG C-TAG
6 6 2 4bytes
2 26 6 2 4
46-1500
46-1500
46-15002 22 2 2 46 6
B-DA B-SA Etype B-VID Etype I-SID Payload
B-TAG I-TAGB-MAC
2 22 46 6
bytes
bytes
bytes
Carrier (Metro) EthernetEvolution Towards Carrier Ethernet