Ethernet Switches Transmissão em camada 2

(quadros) com filtragem usando endereços de LAN

Switching: A-para-B a A’-para-B’ simultaneamente, sem colisões

grande número de interfaces muitas vezes: hosts

individuais são conectados em estrela no switch (1 host para cada porta) Ethernet, mas sem

colisões!

Ethernet Switches

cut-through switching: o quadro é enviado da entrada para a saída sem esperar pela montagem do quadro inteiropequena redução da latência

combinações de interfaces de 10/100/1000 Mbps, dedicadas e compartilhadas

Ethernet Switches (mais)Dedicated

Shared

Para InternetExterna

IEEE 802.11 Wireless LAN

wireless LANs: rede sem fio (frequentemente móvel) padrão IEEE 802.11 :

protocolo MAC espectro de freqüência livre: 900Mhz, 2.4Ghz

Basic Service Set (BSS) (igual a uma “célula”) contém: wireless hosts access point (AP):

estação base BSS’s se combinam para

formar um sistema distribuído (DS)

Redes Ad Hoc

Rede Ad hoc: estações IEEE 802.11 podem dinamicamente formar uma rede sem AP

Aplicações: “laptop” encontrando-se numa sala de

conferência, interconexão de equipamentos “pessoais” , rodovia inteligente

campo de batalha IETF MANET

(Mobile Ad hoc Networks) working group

IEEE 802.11 Protocolo MAC: CSMA/CA

802.11 CSMA: transmissor- se o canal é sentido vazio por

DISF segundos então envia o quadro inteiro

(não há detecção de colisão)-se o canal é sentido ocupado

Então binary backoff

802.11 CSMA receptor:se o quadro é recebido OK returna ACK depois de SIFS

segundos

origem destino outros

NA

V:

ace

sso d

iferi

do

IEEE 802.11 MAC Protocol

Protocolo 802.11 CSMA: outras estações

NAV: Network Allocation Vector

quadro 802.11 tem campo com tempo de transmissão

outros (ouvindo a rede) deferem o aceso por NAV unidades de tempo

origem destino outros

NA

V:

ace

sso d

iferi

do

Efeito do Terminal Oculto

Terminais ocultos: A, C não podem ouvir um ao outro obstáculos (a) , atenuação do sinal (b) colisões em B

objetivo: evitar colisões em B CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance

Collision Avoidance: Troca de RTS-CTS CSMA/CA: reserva explícita

de canal transmissor: envia RTS

curto: request to send receptor: responde com

um CTS: clear to send CTS reserva o canal para o

transmissor, notificando as outras estações (possivelmente ocultas)

evita colisões com estações ocultas

origem destino outros

NA

V:

ace

sso d

iferi

do

Collision Avoidance: troca de RTS-CTS

RTS e CTS curtos: colisões são menos

prováveis e de duração menor

resultado final é similar a detecção de colisão

IEEE 802.11 permite: CSMA CSMA/CA: reservas polling a partir do AP

origem destino outros

NA

V:

ace

sso d

iferi

do

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto Um transmissor, um receptor, um link: mais

fácil que um enlace broadcast: não há Controle de Acesso ao Meio não há necessidade de endereçamento MAC

explícito ex., enlace discado, linha ISDN

protocolos ponto-a-ponto populares para camada de enlace: PPP (point-to-point protocol) HDLC: High level data link control (A camada

de enlace costumava ser considerada de alto nível na pilha de protocolos!)

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacote: encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace transporta dados da camada de rede de qualquer

protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo tempo capacidade de separar os protocolos na recepção

tranparência de bits: deve trasnportar qualquer padrão de bits no campo de dados

detecção de erros (mas não correção) gerenciamento da conexão: detecta, e informa flhas do

enlace para a camada de rede negociação de endereço da camada de rede: os pontos

terminais do enlace podem aprender e configurar o endereço de rede de cada outro

PPP não-requisitos

não há correção nem recuperação de erros

não há controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora

seja pouco comum) não há necessidade de suportar enlaces

multiponto (ex., polling)Recuperação de erros, controle de fluxo, re-ordenação dos dados são todos relegados para as camadas mais altas!

PPP Formato do Quadro

Flag: delimitador (enquadramento) Endereço: não tem função (apenas uma opção

futura) Controle: não tem função; no futuro é possível

ter múltiplos campos de controle Protocolo: indica o protocolo da camada

superior ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue (ex. PPP-LCP, IP, IPCP, etc.)

endereçocontrole

tamanhovariávelou ou

CRC

PPP Formato dos dados

info: dados da camada superior sendo transportados

CRC: verificação de redundância cíclica para detecção de erros

endereçocontrole

tamanhovariávelou ou

CRC

Byte Stuffing Requisito de “transparência de dados”: o campo

de dados deve poder incluir o padrão correspondente ao flag <01111110> Q: se for recebido o padrão <01111110> são

dados ou é flag? Transmissor: acrescenta (“stuffs”) um byte extra

com o padrão < 01111101> (escape) antes de cada byte com o padrão de flag < 01111110> nos dados

Receptor: um byte 01111101 seguido de 01111110 em

seguida: discarta o primeiro e continua a recepção de dados

único byte 01111110: então é um flag

Byte Stuffing

byte como padrãodo flag nosdados a enviar

byte com o padrão deescape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padrão de flag

PPP Protocolo de Controle de DadosAntes de trocar dados da camada

de rede, os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (tamanho máximo do quadro, autenticação)

aprender/configurar as informações da camada de rede para o IP: transportar

mensagens do Protocolo de Controle IP (IPCP) (campo de protocolo: 8021) para configurar/ aprender os endereços IP

Modo de Transferência Assíncrono: ATM Padrão dos anos 1980/1990 para altas taxas

de transmissão (155Mbps a 622 Mbps e mais alto) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo: transporte integrado de voz, dados e imagens com foco nas redes públicas de comunicação deve atender os requisitos de tempo/QoS para

aplicações de voz e de vídeo (versus o serviço de melhor esforço da Internet)

telefonia de “próxima geração”: fundamentos técnicos no mundo da telefonia

comutação de pacotes (pacotes de tamanho fixo, chmados “células”) usando circuitos virtuais

Arquitetura ATM

camada de adaptação: apenas na borda de uma rede ATM segmentação e remontagem dos dados grosseiramente análoga à camada de transporte da

Internet camada ATM: camada de “rede”

comutação de células, roteamento camada física

ATM: camada de rede ou de enlace?Visão: transporte fim-a-

fim: “ATM de computador a computador” ATM é uma tecnologia

de rede

Realidade: usada para conectar roteadores IP de backbone “IP sobre ATM” ATM como uma

camada de enlace comutada, conectando roteadores IP

Camada de Adaptação ATM (AAL) Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” camadas

superiores (aplicações IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais, não nos comutadores ATM (“switches”)

O segmento da camada AAL (campo de cabeçalho/trailer e de dados ) são fragmentados em múltiplas células ATM analogia: segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de Adaptação ATM (AAL) [mais]

Diferentes versões da camada AAL, dependendo da classe de serviço ATM:

AAL1: para serviço CBR (Taxa de Bit Constante), ex. emulação de circuitos

AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bit Variável), ex., vídeo MPEG

AAL5: para dados (ex., datagramas IP)

AAL PDU

célula ATM

Dados de usuário

AAL5 - “Simple And Efficient AL” (SEAL)

AAL5: AAL com cabeçalhos pequenos usado para transportar datagramas IP 4 bytes de verificação cíclica de erros PAD assegura que o segmento tem tamanho múltiplo

de 48 bytes grandes unidades de dados AAL5 devem ser

fragmentadas em células ATM de 48-bytes

Camada ATMServiço: transporte de células através da rede

ATM análoga à camada de rede IP serviços muito diferentes da camada de rede

IPArquiteturade Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de Serviço

melhoresforçoCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

não

taxaconstantetaxagarantidamínimogarantidonão

Perda

não

sim

sim

não

não

Ordem

não

sim

sim

sim

sim

Tempo

não

sim

sim

não

não

Aviso deCongestão

não (inferidopelas perdas)não hácongestãonão hácongestãosim

não

Guarantias ?

Camada ATM: Circuitos Virtuais

Transporte em VC: células são transportadas sobre VC da fonte ao destino estabelecimento de conexão, necessário para cada chamada

antes que o fluxo de dados possa ser iniciado cada pacote trasnporta um identificador de VC (não transporta o

endereço do destino) cada comutador com caminho entre a fonte e o destino mantém

o “estado” para cada conexão passante recursos do enlace e do comutador (banda passante, buffers)

podem ser alocados por VC: para obter um comportamente semelhante a um circuito físico

VCs Permanentes (PVCs) conexões de longa duração tipicamente: rota “permanente” entre roteadores IP

VCs Comutados (SVC): dinamicamente criados numa base por chamada

ATM VCs

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM: índices de QoS garantidos para conexões

mapeadas em circuitos virtuais (banda passante, atraso, variância de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais: O suporte de tráfego datagrama é ineficiente um PVC entre cada par origem/destino não

tem boa escalabilidade (N2 conexões são necessárias)

SVC introduz latência de estabelecimento de conexão e atrasos de processamento para conexões de curta duração

Camada ATM: célula ATM cabeçalho da célula ATM com 5 bytes carga útil com 48-bytes

Porque?: carga útil pequena -> pequeno atraso de criação de célula para voz digitalizada

meio do caminho entre 32 and 64 (compromisso!)

Cabeçalhoda célula

Formato dacélula

3º bit no campo PT;valor 1 indica última célula (AAL-indicate bit)

Cabeçalho da célula ATM VCI: identificador de canal virtual

pode mudar de enlace para enlace através da rede

PT: Tipo de payload (ex. célula RM versus célula de dados)

CLP: bit de Prioridade de Perda de Célula CLP = 1 implica célula de baixa prioridade,

pode ser descartada em caso de congestão HEC: Verificação de Erros no Cabeçalho

verificação cíclica de erros

Camada Física ATM

A camada física se compõe de duas partes (subcamadas ):

Subcamada de Convergência de Transmissão (TCS): adapta a camada ATM acima à subcamada física abaixo (PMD)

Subcamada Dependente do Meio: depende do tipo de meio físico sendo empregado

Funções da TCS : Geração do checksum do cabeçalho: 8 bits CRC Delineamento de célula Com uma subcamada PMD não estruturada, transmite

células vazias (“idle cells”) quando não há células de dados a enviar

Camada Física ATM (mais)

Subcamada Dependente do Meio Físico (PMD) SONET/SDH: estrutura de transmissão de quadros

(como um container carregando bits); sincronização de bits; partições da banda passante (TDM); várias velocidades: OC1 = 51.84 Mbps; OC3 =

155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps T1/T3: estrutura de transmissão de quadros (velha

hierárquia de telefonia: 1.5 Mbps/ 45 Mbps. No Brasil usa-se a hierárquia européia E1/E3: 2 / 34 Mbps

não estruturada: apenas células (ocupadas/vazias)

IP-sobre-ATMapenas IP Clássico 3 “redes” (ex., segmentos de LAN) endereços MAC (802.3) e IP

IP sobre ATM substitui “rede” (ex.,

segmento de LAN) com a rede ATM

endereços ATM, endereços IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

Questões: datagramas IP em

ATM AAL5 PDUs dos endereços IP

aos endereços ATM da mesma forma

que de endereços IP para endereços MAC 802.3!

redeATM

EthernetLANs

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM no Endereço de Origem:

Camada IP encontra um mapeamento entre o endereço IP e o endereço de destino ATM (usando ARP)

passa o datagrama para a camada de adaptação AAL5 AAL5 encapsula os dados, segmenta em células, e passa

para a camada ATM Rede ATM: move a célula para o destino de acordo com o seu

VC (circuito virtual) no Host de Destino:

AAL5 remonta o datagrama original a partir das células recebidas

se o CRC OK, datagrama é passado ao IP

ARP em redes ATM

A rede ATM precisa do endereço de destino da mesma forma que uma rede Ethernet

necessita do endereço MAC do destino Translação de endereço IP/ATM é feita pelo

protocolo ATM ARP (Address Resolution Protocol) servidor ARP numa rede ATM realiza broadcast

de translações solicitadas para todos os equipamentos ATM conectados

hosts podem registrar seus endereços ATM com o servidor para facilitar as buscas

X.25 e Frame Relay

Semelhante ao ATM: tecnologias de redes de longa distância orientados a circuitos virtuais origens no mundo da telefonia podem ser usados para transportar

datagramas IPportanto podem ser vistos como

entidades de camada de enlace pelo protocolo IP

X.25

X.25 constrói circuitos virtuais (VC) entre a origem e o destino para cada conexão

Controle por salto ao longo do caminho controle de erros (com retransmissões) em

cada salto usando LAP-B• variante do protocolo HDLC

controle de fluxo por saltos usando créditos • a congestão que ocorre num nó

intermediário se propaga para o nó anterior no caminho dos pacotes

• chega até a fonte através desta “pressão para trás”

IP versus X.25

X.25: entrega fim-a-fim confiável e seqüencial “inteligencia na rede”

IP: entrega fim-a-fim não confiável, não-seqüencial “inteligência nos terminais”

roteadores de alta capacidade: a quantidade de processamento é limitada

2000: IP vence

Frame Relay

Projetado no final da década de 80, largamente usado nos anos 90

Serviço Frame relay: não há controle de erros controle de congestão fim-a-fim

Frame Relay (mais) Projetado para interconectar redes locais corporativas

tipicamente opera com circuitos virtuais permanentes (PVCs): “tubo” carregando tráfego agregado entre roteadores

circuitos virtuais comutados (SVCs): como no ATM usuários corporativos alugam serviços FR de prestadores

de serviços de redes Frame Relay públicas (ex., Embratel, ATT)

endereçamentodo Quadro,roteamento,notificação decongestão

camada 3

camada 2

Campos de dados do usuário

Frame Relay (mais)

bits de Flag, 01111110, delimitadores do quadro

endereço: campo de 10 bits com indentificador de VC 3 bits de controle de congestão

• FECN: notificação explícita de congestão à frente (quadro experimentou congestão no caminho)

• BECN: congestão no caminho reverso• DE: possibilidade de descarte

endereçoflags dados CRC flags

Frame Relay -Controle de Taxa no VC

Taxa de Informação Comprometida (CIR) taxa definida e garantida para cada VC negociada no tempo de estabelecimento do VC o preço do serviço é baseado no CIR

but DE : bit com Possibilidade de Descarte Comutador FR de borda mede o tráfego para

cada VC; marca o bite DE DE = 0: alta prioridade, quadro dentro da taxa

comprometida; entregue a todo custo DE = 1: baixa prioridade, elegível para descarte

em caso de congestão

Frame Relay - CIR & Marcação de Quadro

Taxa de acesso: taxa R do enlace de acesso entre o roteador originador (cliente) e o comutador FR de borda (provedor); 64Kbps < R < 1,544Kbps

Tipicamente, muitos VCs (um para cada roteador de destino) são multiplexados no mesmo tronco de acesso; cada VC tem o seu próprio CIR

O comutador FR de borda mede a taxa de tráfego para cada ; ele marca o quadro

(se DE <= 1) quadros que excedem o CIR (estes podem ser descartados posteriormente)

Capítulo 5: Resumo

princípios por trás dos serviços da camada de enlace: detecção e correção de erros compartilhando um canal broadcast: acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace, ARP

várias tecnologias da camada de enlace Ethernet hubs, pontes, switches IEEE 802.11 LANs PPP ATM X.25, Frame Relay

viagem através da pilha de protocolos agora ENCERRADA! próximas paradas: segurança, gerenciamento de rede