Ethernet Switches r Transmissão em camada 2 (quadros) com filtragem usando endereços de LAN r...
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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