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Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

05 Camada de Enlace - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃOripolito/peds/st564/material/Camada_de_Enlace-1… · • Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptor:

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Capiacutetulo 5

Redes de computadores e a Internet

A camadade enlace eredes locais

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5 - 2copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 3copy 2005 by Pearson Education

Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace

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5 - 4copy 2005 by Pearson Education

bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace

bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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5 - 5copy 2005 by Pearson Education

bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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5 - 6copy 2005 by Pearson Education

bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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5 - 8copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 3copy 2005 by Pearson Education

Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace

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5 - 4copy 2005 by Pearson Education

bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace

bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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5 - 5copy 2005 by Pearson Education

bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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5 - 6copy 2005 by Pearson Education

bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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5 - 8copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5 - 10copy 2005 by Pearson Education

Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5 - 11copy 2005 by Pearson Education

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho decomunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs

bull Pacote de camada-2 eacute umquadro encapsula odatagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

A camada de enlace tem aresponsabilidade de transferir umdatagrama de um noacute para o noacuteadjacente sobre um enlace

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5 - 4copy 2005 by Pearson Education

bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace

bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 4copy 2005 by Pearson Education

bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlacesdiferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios80211 no uacuteltimo enlace

bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne

bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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5 - 5copy 2005 by Pearson Education

bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 5copy 2005 by Pearson Education

bull Enquadramento acesso ao enlacebull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificara fonte e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP

bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (Capiacutetulo 3)bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tiposde par de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de errobull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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5 - 6copy 2005 by Pearson Education

bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 6copy 2005 by Pearson Education

bull Controle de fluxobull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo

bull Half-duplex e full-duplex bull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 7copy 2005 by Pearson Education

bull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc

bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor

bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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5 - 8copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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5 - 10copy 2005 by Pearson Education

Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5 - 11copy 2005 by Pearson Education

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 8copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5 - 11copy 2005 by Pearson Education

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

5

5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

5

5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

5

5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

5

5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 9copy 2005 by Pearson Education

EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos decabeccedilalhobull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 10copy 2005 by Pearson Education

Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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5 - 11copy 2005 by Pearson Education

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 11copy 2005 by Pearson Education

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido(nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP

Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip

Checksum da Internet

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5 - 12copy 2005 by Pearson Education

bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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bull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal quebull ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero

erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bitbull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

5

5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 13copy 2005 by Pearson Education

desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por G

buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

5

5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

5

5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

5

5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

5

5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

5

5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

5

5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

5

5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 15copy 2005 by Pearson Education

Dois tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

5

5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

5

5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

5

5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

5

5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 16copy 2005 by Pearson Education

bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal

isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio

canalbull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 17copy 2005 by Pearson Education

Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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5 - 18copy 2005 by Pearson Education

Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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5 - 19copy 2005 by Pearson Education

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

5

5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

5

5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar

turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

5

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo

(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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5 - 20copy 2005 by Pearson Education

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vaziasba

ndas

de

freq

uumlecircnc

ia tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

5

5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 21copy 2005 by Pearson Education

bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especificabull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)

bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1

quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com

probabilidade p ateacute o sucesso

Slotted ALOHA

5

5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 23copy 2005 by Pearson Education

Proacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de

canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples

Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 24copy 2005 by Pearson Education

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um commuitos quadros para enviar

bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot comprobabilidade p

bull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1

bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1

bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximizaNp(1-p)N-1

bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e =037

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

5

5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 25copy 2005 by Pearson Education

bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em[t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

5

5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

5

5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

5

5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 28copy 2005 by Pearson Education

Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes podem natildeo ouvir astransmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo dopacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso depropagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 29copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canalbull Detecccedilatildeo de colisatildeobull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

5

5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 30copy 2005 by Pearson Education

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 31copy 2005 by Pearson Education

Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 32copy 2005 by Pearson Education

Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemasbull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemasbull Token overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

5

5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 33copy 2005 by Pearson Education

bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigobull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia

bull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil

em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211

bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 34copy 2005 by Pearson Education

Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP

Tecnologias de LAN

5

5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

5

5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Endereccedilos IP de 32-bitbull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da

definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente

conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar

a unicidade)

bull Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

5

5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

5

5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

5

5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

5

5 - 38copy 2005 by Pearson Education

Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute

esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

5

5 - 39copy 2005 by Pearson Education

bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabelaARP de A

bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira(eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

5

5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 40copy 2005 by Pearson Education

Objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP(LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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bull A cria o pacote IP com origem A destino Bbull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o quadro

Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para Bbull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernetbull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de Bbull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

Roteamento para outra LAN

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A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

5

5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace

bull 55 Ethernet

bull 56 Hubs e switches

bull 57 PPP

bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

5

5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

5

5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e

envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima

colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da redebull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa

bull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacuteK x 512 tempos de transmissatildeo de bit

bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

5

5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmentedescartado

Estrutura do quadro Ethernet

5

5 - 47copy 2005 by Pearson Education

bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

bull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo

isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio

isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se ele

detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua

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colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptadorespera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

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Estrutura do quadro Ethernet

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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador

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Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmitindo

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Ethernet usa CSMACD

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote deprotocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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5 - 46copy 2005 by Pearson Education

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bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP masoutros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

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Estrutura do quadro Ethernet

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Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Ethernet usa CSMACD

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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Estrutura do quadro Ethernet

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transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Ethernet usa CSMACD

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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Ethernet usa CSMACD

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5 - 49copy 2005 by Pearson Education

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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Ethernet usa CSMACD

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Ethernet CSMACD

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Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo48 bitsBit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbpspara K = 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

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Ethernet CSMACD