TRANSMISSÃO DE DADOS Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

Transcrição

1 - Aula 1-1. A CAMADA DE ENLACE DE DADOS (Parte 1) Relembrando as aulas do semestre passado quando estudamos os modelos de referência, lembramos que a Camada de Enlace de Dados é a camada responsável pela comunicação confiável entre computadores adjacentes. No entanto, o ambiente de interação dos computadores introduz erros, oferecem uma taxa de transmissão limitada e uma demora no tempo de propagação. Alguns meios físicos de comunicação (ex: linhas telefônicas), requerem o uso de técnicas específicas para que se possam transmitir dados entre sistemas, mesmo quando sob condições de taxas de erro relativamente altas. Essas técnicas são usadas em procedimentos de controle de enlace de dados. A camada de enlace de dados tem as seguintes funções: a. Fornecer uma interface de serviço bem definida à camada de rede; b. Lidar com erros de transmissão; c. Regular o fluxo de dados, de tal forma que receptores lentos não sejam atropelados por transmissores rápidos. Para que tudo isso seja possível, a camada ao receber os pacotes da camada de rede os encapsula em quadros para transmissão. Cada quadro contém um cabeçalho (header), um campo de carga útil, que conterá o pacote, e um final (trailer). O gerenciamento de quadros constitui o núcleo das atividades da camada de enlace de dados. PACOTE Cabeçalho Campo de Carga Útil Quadro Final 1

2 1.1. Serviços Oferecidos à Camada De Rede Como já aprendemos a função da camada de enlace de dados é fornecer serviços à camada de rede. Seu principal serviço é transferir dados da camada de rede da máquina de origem para a camada de rede da máquina de destino. Ela pode ser projetada de modo a oferecer diversos serviços, que podem variar de sistema para sistema. Três possibilidades razoáveis oferecidas com freqüência são: a. Serviço sem conexão e sem confirmação; b. Serviço sem conexão com confirmação; c. Serviço orientado a conexão com confirmação; Serviço sem conexão e sem confirmação Consiste em fazer a máquina de origem enviar quadros independentes à máquina de destino, sem que a máquina de destino confirme o recebimento desses quadros. Nenhuma conexão lógica é estabelecida. Caso um quadro seja perdido devido a ruídos na linha, não haverá tentativa de detecção da perda ou de recuperação. Essa classe de serviço é apropriada quando a taxa de erros é baixa e a recuperação fica a cargo das camadas superiores e para tráfego em tempo real. É comum na maioria das LAN s utilizar esse tipo de serviço sem conexão e sem confirmação na camada de enlace de dados. 2

3 Serviço sem conexão com confirmação Quando o serviço é oferecido, ainda não há conexões lógicas sendo usadas, mas cada quadro enviado é individualmente confirmado. Assim o transmissor sabe se o quadro chegou corretamente ou não. Se não chegar dentro de um intervalo de tempo a informação é enviada novamente. Muito útil em canais não-confiáveis, com os sistemas sem fios. Recurso de confirmação na camada de enlace de dados é uma questão de otimização e não uma exigência. Em canais confiáveis como a fibra ótica, o uso de um protocolo de enlace de dados muito sofisticado talvez seja desnecessário, no entanto, em canais sem fio, devido a sua falta de confiabilidade, é uma alternativa viável Serviço orientado a conexão com confirmação É o tipo de serviço mais sofisticado que a camada pode oferecer. Com ele, as máquinas de origem e de destino estabelecem uma conexão antes de os dados serem transferidos. Cada quadro enviado é numerado e a camada de enlace de dados garante que cada quadro será de fato recebido. Garante ainda que os quadros sejam recebidos uma única vez e na ordem em que foram enviados. Neste tipo de serviço, as transferências passam por três fases distintas: 1ª A conexão é estabelecida, fazendo ambos os lados inicializarem as variáveis e os contadores necessários para controlar os quadros. 2ª Um ou mais quadros são realmente transmitidos. 3ª A conexão é desfeita, liberando-se as variáveis, os buffers e outros recursos utilizados. O quadro em linha pontilhada representa o protocolo da camada de enlace de dados, que é responsável pela confiabilidade das linhas de comunicação. 3

4 1.2. Enquadramento Para oferecer serviço à camada de rede, a camada de enlace de dados deve usar o serviço fornecido a ela pela camada física, aceitando um fluxo de bits brutos e tentar entregá-lo ao destino. Não há uma garantia de que esse fluxo de bits esteja livre de erros. A camada de enlace de dados é responsável por detectar e, se necessário corrigir os eventuais erros. A estratégia adotada pela camada de enlace de dados é dividir o fluxo de bits em quadros e calcular o total de verificação (checksum) em relação a cada quadro. Quando um quadro chega ao seu destino o checksum é recalculado, assim a camada de enlace de dados saberá se houve erro. A divisão do fluxo de bits em quadros é bastante complicada. Uma forma utilizada foi a temporização, contudo ela não foi muito eficiente considerando a falta de padronização na atribuição do tempo. Outros métodos foram utilizados: a. Contagem de caracteres; b. Bytes de flags; c. Flags iniciais e finais, com inserção de bits; d. Violações de codificação da camada física; O primeiro método utiliza um campo no cabeçalho para especificar o número de caracteres do quadro. O problema é que a contagem pode ser alterada por um erro de transmissão, causando a perda de sincronização e a não localização do início do quadro subseqüente. O segundo método contorna o problema da ressincronização após um erro, fazendo cada quadro começar e terminar com bytes especiais chamados byte de flag, como delimitador de início e fim. FLAG Cabeçalho Carga Útil Final FLAG 4

5 A terceira técnica consiste em inserir um bit 0 a cada seqüência de bits 1 na transmissão mantendo-se os flags. Ao ver cinco bits 1 consecutivos sendo recebidos, seguidos por um bit 0, o receptor remove automaticamente o bit 0. Este trabalho é totalmente transparente para a camada de rede. O último método só se aplica a redes nas quais a decodificação no meio físico contém algum tipo de redundância. Para isso acrescenta-se 2 bits a fim de criar uma transmissão intermediária. Todos esses algoritmos têm uma única função: delimitar os quadros transmitidos Controle de Erros O trabalho realizado pelo controle de erros é assegurar que todos os quadros serão entregues na camada de rede de destino, e na ordem apropriada. A forma mais comum de dar esta garantia é utilizar algum tipo de feedback. Normalmente, o protocolo solicita que o receptor retorne quadros de controle especiais com confirmações positivas ou negativas sobre os quadros recebidos. O que deve ficar claro é que com esta prática enquanto o transmissor não receber a confirmação, este ficará suspenso para continuar seu trabalho. Isto pode ser resolvido com a utilização de timers na camada de enlace de dados. Contudo, quando os quadros são transmitidos várias vezes, existe o período de o receptor aceitar o mesmo quadro duas vezes. Para impedir isso, geralmente é necessário atribuir números de seqüência aos quadros enviados. Este gerenciamento do seqüenciamento dos quadros e a temporização da confirmação é uma das partes mais importantes da camada de enlace de dados. 5

6 1.4. Controle de Fluxo O controle de fluxo opera quando um transmissor quer enviar quadros mais rapidamente do que o receptor é capaz de aceitar. Isso acontece com freqüência quando se utiliza computadores de configurações bastante divergentes em termos de performance. Mesmo que não haja erros na transmissão, em um determinado ponto os quadros começaram a ser perdidos. Para isso são usadas duas abordagens: 1ª Controle de fluxo baseado em feedback: O receptor envia de volta ao transmissor informações que permitem ao transmissor enviar mais dados. 2ª Controle de fluxo baseado na velocidade: protocolo tem um mecanismo interno que limita a velocidade com que os transmissores podem enviar os dados, sem usar o feedback. Existem diversos esquemas de controle de fluxo. No entanto, a maioria deles utiliza o mesmo princípio. O protocolo contém regras que impedem o quadro de ser enviados até que o receptor tenha concedido permissão para transmissão. 6