Capítulo 3. A camada de enlace de dados

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1 slide 1 Capítulo 3 A camada de enlace de dados

2 slide 2 Onde vive o protocolo de camada de enlace?

3 slide 3 Questões de projeto da camada de enlace Serviços de rede da camada de enlace Quadros Controle de erros Controle de fluxo

4 slide 4 Pacotes e quadros Relação entre pacotes e quadros.

5 slide 5 Serviços da camada de rede (a) Comunicação virtual. (b) Comunicação real.

6 slide 6 Possíveis serviços 1. Serviço não orientado à conexão sem reconhecimento (ACK) 2. Serviço não orientado à conexão com reconhecimento (ACK) 3. Serviço orientado à conexão com reconhecimeto (ACK)

7 slide 7 Formação de Quadros: limites 1. Contagem de bytes 2. Bytes de flags com inserção de bytes 3. Bits de flag com inserção de bits 4. Violação de código na camada física

8 slide 8 Contagem de bytes Utiliza um campo no cabeçalho, indicando o números de bytes do quadro. Camada de enlace sabe onde é o término do quadro. Problema: contagem pode ser adulterada por erro na transmissão. Em caso de erro pode ficar sem sincronização. Não é mais utilizado.

9 slide 9 Contagem de bytes Fluxo de bytes. (a) Sem erros. (b) Com um erro.

10 slide 10 Inserção de bytes Cada quadro começa e termina por bytes especiais (bytes de flag). Resolve o problema da sincronização em caso de erro na transmissão. Duas flags consecutivas indicam o fim de um quadro e início do próximo. Caso a sequencia específica da flag ocorra dentre os dados, é utilizado um caractere de escape especial imediatamente antes de cada byte de flag acidental.

11 Inserção de bytes (a) Quadro limitado com bytes de flag. (b) Quatro exemplos de sequências de bytes antes e depois do preenchimento com bytes (byte stuffing). slide 11

12 slide 12 Inserção de bits O enquadramento ocorre a nível de bit. Quadros podem ter qualquer número de bits. Exemplo: Flag: A cada 5 bits 1 s em sequencia é adicionado um 0. Garante a densidade mínima de transições. Ajuda a manter a sincronização. Utilizado no USB (Universal Serial Bus).

13 slide 13 Inserção de bits Bit stuffing. (a) Dados originais. (b) Dados com bits de preenchimento. (c) Dados armazenados em buffer após retirada dos bits de preenchimento.

14 slide 14 Violação de código na camada física A codificação de bits como sinais é utilizado pela camada física para auxilio na recuperação do clock. Exemplo utilização do código de linha 4B/5B, onde 4 bits são representados por 5 bits numa tabela fixa.* Há sequencias de bits que não são utilizadas. As sequencias não utilizadas passam indicar o início e fim dos quadros. *Nesta tabela toma-se o cuidado para que não haja uma sequencia com mais de 4 zeros consecutivos.

15 slide 15 Detecção e correção de erros Outra função importante da camada de enlace, visa aumentar a confiabilidade de um canal Inserçao de redundância A detecção de um erro leva ao descarte do quadro A correção de erros permite a recuperação dos dados

16 slide 16 Códigos de detecção de erros Códigos lineares e em blocos 1. Repetição 2. Paridade 3. Checksums 4. Verificações de redundância cíclica (CRC)

17 slide 17 Código de repetição A mensagem é repetida: 1011 >> Erro detectado: Método simples, porém ineficiente Grande overhead

18 slide 18 Bits de paridade Intercalando bits de paridade para detectar sucessão de erros.

19 slide 19 Checksum Um algoritmo recebe um bloco de bits como entrada e produz uma sequência de bits de tamanho fixo

20 slide 20 Cyclic Redundancy Check Próprio para detecção de erros acidentais Simples de implementar A mensagem é dividida por um polinômio gerador

21 slide 21 Cyclic Redundancy Check (exemplo) Mensagem: Um polinômio de 3ª ordem: x 3 +x+1 = bits zero são adicionados ao final da mensagem: A mensagem aumentada é dividida pelo polinômio para encontrar o resto (100) O resto da divisão substituirá os bits acrescentados ao final: No receptor, a divisão pelo polinômio tem que apresentar resto zero

22 slide 22 Cyclic Redundancy Check (exemplo) <--- mensagem (preenchida com 3 bits) 1011 <--- polinônio divisor <--- resultado (XOR dos bits da msg e do polinômio) 1011 <--- divisor desloca-se para a esquerda <--- o divisor pode saltar os bits zerados <--- o resto (3 bits)

23 slide 23 Correção de erros ARQ (Automatic Repeat Request): o erro é detectado e a retransmissão solicitada (implícita ou explicitamente) FEC (Forward Error Correction): O transmissor acrescenta código de correção de erros à mensagem HARQ (Hybrid ARQ) é a combinação das duas técnicas

24 slide 24 Códigos de correção de erros 1. Código de Hamming 2. Código convolucional binário 3. Códigos de Reed-Solomon 4. Códigos de checagem de paridade de baixa densidade

25 slide 25 Códigos de Hamming Exemplo de um código de Hamming (11,7) corrigindo um bit. p1 cobre as posicões binárias onde o bit menos significativo é 1 posições ímpares :p1, m3, m5, m7, m9, m11. p2 cobre as posições binárias onde o segundo bit menos significativo é 1 posicões: p2, m3, m6, m7, m10, m11 p4 cobre p4, m5, m6 e m7 p8 cobre p8, m9, m10 e m11

26 slide 26 Código convolucional Código convolucional binário da NASA usado no

27 slide 27 Código de Reed Solomon Uma família de códigos de correção de erros Capaz de detectar e corrigir múltiplos símbolos Adicionando t símbolos de verificação, é capaz de detectar erros em até t símbolos e corrigir int(t/2) símbolos Usado em CD, DVD, xdsl

28 slide 28 Códigos de checagem de paridade de baixa densidade LDPC: Low density parity check Desenvolvido em 1963, era impraticável até o final dos anos 1990 Usado em DVB, 10Gbase-T, IEEE n e IEEE ac

29 slide 29 Protocolos básicos de enlace de dados Protocolo simplex idealizado Protocolo simplex stop-and-wait Canal sem ocorrência de erros Protocolo simplex stop-and-wait Canal com ruídos

30 slide 30 Protocolos básicos de enlace de dados Protocolo simplex idealizado Protocolo simplex stop-and-wait Canal sem ocorrência de erros Protocolo simplex stop-and-wait Canal com ruídos

31 slide 31 Protocolo simplex idealizado O receptor é capaz de receber e processar os quadros enviados pelo transmissor, que permanece em loop, enviando os quadros.

32 slide 32 Protocolo simplex stop and wait (s/erros) O receptor tem capacidade finita de processamento e armazenamento (buffer) dos quadros recebidos Introdução do reconhecimento positivo (ACK) para controle de fluxo

33 slide 33 Protocolo simplex stop and wait (c/erros) Além das limitações práticas no receptor (buffer e processamento), o canal agora apresenta erros. Quadros não confirmados serão restransmitidos Necessidade do número de sequência Necessidade de temporizador

34 slide 34 Protocolo de janela deslizante A janela consiste de uma porção do buffer (circular). Para ser transmitido, um quadro deve estar dentro da janela do transmissor Para ser recebido, um quadro deve estar dentro da janela do receptor

35 slide 35 Protocolos de janela deslizante (2) Janela de tamanho 1, com número de sequência de 3 bits. (a) Inicialmente. (b) Após o envio do primeiro quadro. (c) Após receber o primeiro quadro. (d) Após receber o primeiro reconhecimento

36 Protocolo de janela deslizante de bit único Dois cenários para o protocolo 4. (a) Caso normal. (b) Caso incomum. A notação segue (seq, ack, núm. pacote). O asterisco indica quando a camada de rede aceita o pacote. slide 36

37 slide 37 Protocolo go-back-n (1) Paralelismo e recuperação de erros. Efeito do erro quando o tamanho da janela do receptor é unitário (1).

38 slide 38 Protocolo go-back-n (2) Paralelismo e recuperação de erros. Efeito do erro quando o tamanho da janela do receptor é grande..

39 slide 39 Implementação de temporizadores Simulação de múltiplos contadores. (a) Os timeouts enfileirados. (b) Situação após o primeiro timeout expirar.

40 slide 40 Reconhecimento e repetição seletiva Reconhecimentos seletivos podem ser usados para indicar exatamente quais quadros foram perdidos e, assim, solicitar a retransmissão de quadros específicos

41 slide 41 Reconhecimento acumulativo Usado para indicar que todos os quadros até uma posição (sequência) foram recebidos Permite saltos na janela deslizante.

42 slide 42 Reconhecimentos (ACK) em resumo ACK positivo: ACK N: quadro N recebido NACK: NACK N: quadro N não recebido ACK acumulativo ACK N: recebidos todos os quadros até N até N : inclusive ou não? Escolha de projeto SACK: ack seletivo ACK N o, N 2 : recebidos os quadros N o e N 2

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