4. TECNOLOGIAS DE NÍVEL 2

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1 4. TECNOLOGIAS DE NÍVEL INTRODUÇÃO Link é o canal de comunicação que liga dois nós adjacentes na rede e que transporta pacotes encapsulados em tramas de nível 2. A tecnologia usada nos links entre routers influencia a QoS. Link: - configurado por gestão ou sinalização - Ponto a ponto ou Ponto a multiponto - Área local (LAN) ou alargada (WAN) - Best Effort ou com QoS - Largura de banda com vários valores possíveis - Guiado ou sem fios - Simétrico ou assimétrico. 1

2 Os links ligam routers na WAN ou podem ligar terminais à rede. A ligação de terminais à rede pode ser feita através de um link directo ou através de uma LAN. LAN Rede IP LAN Rede IP LAN Rede IP LAN Data Data Data Data ATM FR 2

3 Links de baixa velocidade A interface de saída de um router pode repartir as actividades de gestão das filas de espera e de calendarização por diferentes links. 1 FIFO Link i n Interfaces de entrada do router FIFO. FIFO FIFO Link j Interfaces de saída do router Conjunto de links Por exemplo, se o link i tiver um atraso maior que o link j, os routers dirigirão o tráfego que requer baixo atraso para as filas do link j. 3

4 Uma variação aleatória nos comprimentos dos pacotes resulta numa latência de transmissão no link aleatória, e, portanto, em variação de atraso. Em links de alta velocidade, a variação de atraso não é tão importante. Em links de baixa velocidade, a variação de atraso assume valores significativos. Exemplos Pacote IP com 1,5 Kbyte demora a ser transmitido: Link de 622 Mbit/s - 20 µs Link de 155 Mbit/s - 80 µs Link de 128 Kbit/s - 94 ms (link de saída bloqueado durante muito tempo). 4

5 Para assegurar que nenhum pacote ocupa o link demasiado tempo os pacotes podem ser segmentados e os segmentos são transmitidos para o link de saída intercalados com outro tráfego. Cada segmento deve ter a sua própria identificação para permitir a reconstituição do pacote na recepção. Esta segmentação é feita a nível 2, sendo independente de uma eventual fragmentação de pacotes que tenha sido realizada a nível 3. Com esta operação de segmentação garante-se que pacotes prioritários de uma classe de serviço de tempo real não têm que esperar um tempo excessivo até que um pacote não-prioritário acabe de ser totalmente transmitido. 5

6 Protocolos de nível 2 Ao nível de WAN consideramos os seguintes protocolos ponto-aponto de nível 2, que são dos mais utilizados: i) Asynchronous Transfer Mode (ATM): e.g. para links de alta velocidade em WANs, para transporte de tráfego com QoS [já estudado anteriormente] ii) Carrier Ethernet: e.g. para links de acesso ao ISP e para links de alta velocidade em WANs, para transporte de tráfego com QoS. iii) Point-to-Point Protocol (PPP): e.g. para links de acesso ao ISP e para links entre routers em WANs. iv) Frame Relay (FR): e.g. para links de acesso ao ISP e para links entre routers em WANs. Ao nível de LAN consideramos o protocolo de acesso múltiplo IEEE (Ethernet), que é o mais utilizado. 6

7 4.2 ETHERNET Princípios Este protocolo foi desenvolvido originalmente pela XEROX. A especificação final foi feita em conjunto pela XEROX, DEC e INTEL para o sistema Ethernet. A norma IEEE para LANs é baseada na especificação Ethernet. Ethernet é um protocolo ao nível MAC e utiliza um algoritmo CSMA/CD. CSMA/CD pode ser: não-persistente e 1-persistente. As colisões são detectadas por monitorização do sinal directamente no canal. Quando sinais de dois ou mais terminais se sobrepõem, a forma de onda é alterada. 7

8 Trama pronta N S Estratégia de escuta Espera r. τ Espera principio do slot Calcula r Transmite Colisão detectada S Aborta transmissão Envia sinal de jamming N Fim 8

9 Quando uma colisão é detectada, a transmissão da trama é imediatamente abortada, um sinal de jamming transmitido e entra-se num esquema de espera como no CSMA. Todos os outros terminais ao receberem o sinal de jamming abortam também as transmissões. Um terminal que tenha uma trama para enviar toma as seguintes acções: - Se o canal está livre: trama transmitida - Se o canal está ocupado: não-persistente: trama fica em espera e algoritmo para calcular a próxima escuta é executado. 1-persistente: espera que o canal esteja livre para transmitir. 9

10 Ethernet usa o algoritmo 1-persistente. τ é formado como (2xτ) e são permitidas até 15 tentativas de retransmissão antes de se assinalar erro na transmissão para a camada superior. τ é o tempo que demora a um sinal para se propagar de um extremo do meio ao outro extremo. O cálculo dos parâmetros é feito do seguinte modo: While attempts < back off limit K:= min (attempts, 10) r:= random (0, 2 k ) 10

11 4.2.2 IEEE MAC LLC ou IP Codificação de dados Camada física Descodificação de dados Encapsulamento de dados Tx MAC Desencapsulamento de dados Tx Acesso de Tx Acesso de Rx Gestão de ligação Tx Gestão de ligação Rx Cabo Ethernet Camada física 11

12 Componentes de acesso ao canal i) escuta o tráfego no meio de transmissão (cabo Ethernet) ii) indica o resultado através de um sinal (carrier sense) para a camada MAC iii) compara o sinal no meio com o sinal gerado no caso de uma transmissão iv) gera um sinal de detecção de colisão (collision detection) quando ocorre interferência no canal para a camada MAC v) transmite e recebe bits do meio de transmissão. 12

13 Componentes de codificação/descodificação 0,85V - 0,85V : 0 1 0: 1 0 Codifica e descodifica bits segundo o código Manchester O código de Manchester facilita a recuperação de relógio no receptor. 13

14 Serviços da camada física As primitivas de comunicação são as seguintes: PLS_DATA.request (OUTPUT_UNIT) PLS_DATA.confirm (OUTPUT_STATUS): tem significado local PLS_DATA.indication (INPUT_UNIT) PLS_CARRIER.indication (CARRIER_STATUS) PLS_SIGNAL.indication (SIGNAL_STATUS) PLS_CARRIER.indication e PLS_SIGNAL.indication são emitidos quando há uma mudança de estado. 14

15 Trama MAC 7 1 2/6 2/6 2 < bytes Preâmbulo S F D Ender. Destino Ender. Fonte Comprimento/ Tipo Protocolo Dados Padding FCS 15

16 Preâmbulo: conjunto de 1s e 0s alternados, sendo o último bit 0. Usado para sincronização. SFD (Start of Frame Delimiter): Endereço: pode ter 16 ou 48 bits, dependendo da implementação. Deve ter o mesmo comprimento para todos os terminais na LAN. Comprimento/Tipo de protocolo: especifica o número de bytes no campo de dados, ou o protocolo da camada acima (valor 1536). Pad: bytes para garantir um comprimento mínimo para a trama. FCS: calculado sobre todos os campos excepto Preâmbulo e SFD. G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+ x2+x+1 Intervalo mínimo entre tramas: 12 bytes 16

17 Na recepção são detectados erros que são assinalados para a camada acima; são as camadas acima da camada MAC que têm os mecanismos de controle para recuperar erros. Gestão de ligação A gestão da ligação é feita de acordo com os sinais de carriersense e collision-detection gerados na camada física, de modo a tentar evitar colisões e a resolver contenções, respectivamente. Serviços MAC As primitivas de comunicação usadas são: MA_DATA.request (dest_address, m_sdu, service class) MA_DATA.confirm (transmission_status) MA_DATA.indication (dest_address, source address, m_sdu, reception_status). 17

18 Endereços Tudo 1 s: difusão (broadcast) Para 10 Mbit/s só se usam endereços de 48bits Bit mais significativo a 1: endereços de grupo Comprimento mínimo de trama MAC Para que todas as estações possam detectar colisões enquanto transmitem a trama existe um comprimento de trama mínimo que é 64 bytes. 18

19 Modo de operação - Transmissão sem contenção i) Quando a camada acima requer a transmissão de dados, a componente de encapsulamento de dados constrói a trama a partir dos dados vindos da camada acima. Gera um preâmbulo e SFD. Coloca um PAD no fim dos dados se necessário. Gera também os endereços e FCS. A trama é então passada ao componente de gestão de Tx. Não havendo sinal carrier-sense, os bits são passados à camada física. O meio é monitorizado para detecção de colisões. Neste caso, o sinal collision-detection está desactivado durante a transmissão da trama, porque estamos numa transmissão sem colisões. Quando a transmissão acaba, MAC informa a camada acima (MA_DATA.confirm). 19

20 - Recepção sem contenção A chegada de uma trama a um terminal é detectada pela camada física, que responde sincronizando com o preâmbulo e activando o sinal carrier-sense. A camada física passa os bits para a camada MAC. O componente de gestão de Rx recebe os bits da camada física enquanto o sinal carrier-sense estiver activo. O componente de desencapsulamento de dados vê se o endereço é o do terminal e se assim fôr passa DA, SA e dados para a camada acima. Detecta também erros através de FCS, e indica os erros à camada acima (MA_DATA.indication). 20

21 Interferências no acesso e recuperação Uma colisão pode ocorrer no período inicial de transmissão, antes de as outras estações receberem o sinal de carriersense. A camada física detectando uma colisão, activa o sinal collision detect, que é passado à componente de gestão da ligação Tx. Esta componente transmite uma sequência de 32 bits (jamming) para forçar colisões, assegurando-se que a duração da colisão é suficiente para ser observada pelas outras estações. Depois de enviar o sinal de jamming a componente de gestão Tx termina a transmissão e determina a sua próxima tentativa para uma altura posterior de um modo aleatório (algoritmo de backoff). Tenta 15 retransmissões antes de desistir; após 15 tentativas falhadas parte do princípio que há uma falha no meio ou sobrecarga na rede. 21

22 As tramas fragmentadas resultantes da colisão são detectadas pela componente de gestão de Rx nas várias estações. Retransmissão: algoritmo de (Binary Exponential Backoff) while attemps < backoff limit k:= min (attempts, 10) r:= random (0,2^k) r é o número de slots que é necessário esperar após ter terminado uma tentativa (final de transmissão do sinal de jamming). 22

23 4.2.3 Implementações LLC MAC Camada física Interface da estação Encapsulamento da informação Gestão do link Codificação/ descodificação Transmissão e recepção Cabo do Transceiver Transceiver Ou MAU Cabo Coaxial Bus E/S AUI 23

24 A MAU (Medium Access Unit) deve ter uma complexidade mínima possível. Executará as seguintes funções: - transmite sinais para o meio - recebe sinais do meio - reconhece a presença de um sinal no meio - reconhece uma colisão. A AUI (Attachment Unit Interface) consiste de 5 pares entrançados blindados: Data Out, Data In, Control In, Control Out (opcional), Voltage. Um comprimento máximo de 50m é especificado para estes cabos. 24

25 Para distinguir implementações usando diferentes possibilidades de transmissão, usa-se a seguinte notação: <ritmo em Mbit/s> <tipo de meio> <comprimento máximo do segmento (*100m)> 10 Base 5 É a especificação original de e é baseada na Ethernet. Meio de transmissão: Cabo coaxial de 50Ω Ritmo de transmissão: 10 Mbit/s Máx. comprimento do segmento: 500m Máx. comprimento da rede: 2.500m Máx. número de nós por segmento: 100 Espaçamento entre nós: 2,5m (ou múltiplo de 2,5m) Diâmetro do cabo: 10mm 25

26 10 Base 2 (Thin Ethernet) Foi conhecido como Cheapernet. Oferece essencialmente as funcionalidades Ethernet, mas reduzidas. Concebido para LANs de PCs. Meio de transmissão: Cabo coaxial de 50Ω Ritmo de transmissão: 10 Mbit/s Comprimento máx. do segmento: 185m Comprimento máx. da rede: 925m Máx. número de nós por segmento: 30 Espaçamento entre nós: 0,5m (ou múltiplo de 0,5m) Diâmetro do cabo: 5mm O cabo mais fino tem maior atenuação e menor imunidade ao ruído, suportando portanto menos nós por segmento. O transceiver aparece integrado no controlador, eliminando o cabo AUI. 26

27 1 Base 5 Foi concebido como um sistema de muito baixo custo para LANs de PCs. Meio de transmissão: par entrançado não blindado Ritmo: 1 Mbit/s Máx. comprimento do segmento: 500m Máx. comprimento da rede: 2.500m (5 níveis de Hubs ) HUB 27

28 Cada estação está ligada ao Hub por 2 pares entrançados (Tx e Rx). O Hub funciona ao nível físico. Executa a regeneração dos sinais e a detecção /notificação de colisões. É um repetidor. É uma estrela física mas um barramento lógico. O algoritmo CSMA/CD funciona perfeitamente. O número máximo de estações a ligar a um Hub depende da implementação. 28

29 10 Base T Semelhante a 1 Base 5, mas permite maiores ritmos à custa de atingir menores distâncias. Meio de transmissão: par entrançado não blindado Ritmo de transmissão: 10 Mbit/s Máx. comprimento do segmento: 100m Máx. comprimento da rede: 500m Tem também uma configuração em estrela física e barramento lógico. Podem-se usar fibras ópticas, sendo neste caso o comprimento máximo do segmento 500m (10 Base F). 29

30 Hubs (repetidores) e Comutadores 10 Mbit/s 10 Mbit/s 10 Mbit/s 10 Mbit/s Todas as estações partilham o total de 10 Mbit/s A B C D 10 Mbit/s 10 Mbit/s HUB 10 Mbit/s 10 Mbit/s 10 BASET T o d a s a s e s t a ç õ e s partilham o total de 10 Mbit/s A B C D 30

31 Utiliza a mesma trama Ethernet para todas as estações. Cada estação tem uma capacidade dedicada de 10 Mbit/s O comutador (switching hub) é escalável. Comutador: Store and Forward ou Cut Through Store and Forward: recebe trama inteira e depois transmite Cut Through: assim que vê endereço de destino pode começar a enviar a trama 31

32 Fast Ethernet LAN compatível com Ethernet mas operando a 100 Mbit/s. Todas as opções usam o protocolo e o respectivo formato de trama. 100 BASE-X: 2 ligações entre nós (tx, rx). 100 BASE-TX: usando STP (Shielded Twisted Pair) ou UTP (Unshielded Twisted Pair) cat BASE-FX: fibra óptica A distância máxima entre estações e hub é de 100m. Tem sempre a configuração de uma estrela. A Fast Ethernet opera na configuração de hub ou de comutador. 32

33 Gigabit Ethernet Opera a 1 Gbit/s. Compatível com ritmos anteriores. Mantém o protocolo CSMA/CD e formato da trama. Tem a configuração de uma estrela. Opera na configuração de comutador. Foi especificado pelo Comité IEEE z (1000BaseX) Base SX: fibras multi-modo operando em 850 nm. Distância máxima: 500 m Base LX: fibras monomodo operando em 1300 nm. Distância máxima: 2 Km Base-T: cabo UTP cat.5 ou cat.6. Distância máxima: 100 m. 33

34 Configuração típica de uma LAN baseada em Ethernet Comutador GE Comutador GE Comutador GE 1 Gbps Comutador FE Comutador FE 100 Mbps Hub Hub Hub Hub 10/100 Mbps 34

35 4.2.4 IEEE 802.3Q: Virtual LAN (VLAN) < bytes Ender. Destino Ender. Fonte Tipo Protocolo Dados FCS Ender. Ender. Tipo Protocolo Destino Fonte = 81 00H Tag Control Information (TCI) Tipo Protocolo Dados FCS < bytes Tag Priority Code Point (PCP) Canonical Format Indicator (CFI) VLAN ID (VID) Tag Protocol Identifier= 8100H bits 35

36 Priority Code Point: Prioridade segundo IEEE 802.1p. Permite escolher que fila de espera será usada para o tráfego de forma a diferenciar a qualidade de serviço. Podem ser implementadas menos que 8 filas de espera. menor prioridade maior prioridade Canonical Format Indicator (CFI): normalmente a zero. Colocado a 1 para interoperação com outros tipos de rede (Token Ring, FDDI) VLAN ID: permite distinguir a que LAN virtual a trama pertence. 0 significa que não pertence a nenhuma (untagged): apenas se está a definir prioridade. 1 geralmente significa tráfego de gestão da VLAN. FFF reservado para extensão futura. 36

37 Podem-se definir até 4094 VLANs. Têm como objectivo facilitar a administração de grupos de estações que podem comunicar como se estivessem numa mesma LAN própria separada das outras LANs, apesar de a rede física ser a mesma. O tráfego untagged (VLAN 0) chega a todas as VLANs na configuração por omissão. O tráfego marcado como pertencendo a uma VLAN só chega às portas que servem essa VLAN. A marcação do tráfego (acrescentar a tag) pode ser feita pelo comutador Ethernet, consoante a porta em que o tráfego chega. A tag é retirada antes de ser entregue ao destinatário. O equipamento pode marcar o tráfego, caso pretenda usar outra VLAN. O comutador pode aceitar a marcação, ou não. 37

38 4.2.5 Rede de Transporte Ethernet (Carrier Ethernet) Camada APP Camada ETH Camada TRAN Camada de Serviços de Aplicação (IP, MPLS, PDH, ATM, etc.) Camada de Serviços Ethernet (PDU de Serviço Ethernet) Camada de Serviços de Transporte (IEEE 802.1, SONET/SDH, MPLS, etc.) Plano de Dados Plano de Controlo Plano de Gestão Permite transportar tráfego Ethernet entre diferentes UNI (User Network Interface) sobre várias tecnologias. Pode dar suporte a diferentes aplicações (IP, ATM, Frame Relay, etc). 38

39 Camada de Serviços Ethernet Instalações do Cliente Fornecedor de Serviço 1 Rede de Transporte Ethernet Fornecedor de Serviço 2 Instalações do Cliente UNI I-NNI E-NNI I-NNI UNI CE CE ETH ETH ETH ETH ETH ETH UNI-C UNI-N E-NNI E-NNI UNI-N UNI-C Terminologia de camada de serviços Ethernet UNI: User Network Interface, UNI-C: UNI-customer side, UNI-N network side NNI: Network to Network Interface, E-NNI: External NNI; I-NNI Internal NNI CE: Customer Equipment A UNI usa uma interface física Ethernet a 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps, sem colisões. O fornecedor de serviço instala uma porta nas instalações do cliente. Podem ser suportadas ligações ponto a ponto ou multi-ponto a multi-ponto. Podem ser suportadas prioridades, VLANs, parâmetros de Qualidade de Serviço. 39

40 Ligação Virtual Ethernet - Ethernet Virtual Connection (EVC) Dá suporte a múltiplos serviços Liga duas ou mais localizações de clientes (UNIs) Uma associação de dois ou mais UNIs Impede transferências de dados entre locais que não façam parte da mesma EVC Dois tipos de EVCs: Ponto a ponto Multiponto Multiponto a multiponto Multiponto com raiz Podem-se agrupar múltiplas VLANs no mesmo EVC Podem-se multiplexar múltiplos EVCs na mesma ligação física UNI. 40

41 Dois tipos de serviços que utilizam EVCs Serviço E-Line utilizado para criar: Linhas privadas Ethernet (baseado em portas) Linhas privadas Virtuais (baseado em VLANs) Acesso Ethernet à Internet CE UNI Serviço Tipo E-Line EVC ponto a ponto Rede de Transporte Ethernet Serviço Tipo E-LAN UNI CE Serviço E-LAN utilizado para criar: VPNs multiponto L2 Serviço de LAN transparente Base de redes IPTV, Multicast, etc. Rede de Transporte Ethernet CE UNI UNI EVC Multiponto a Multiponto CE UNI: User Network Interface, CE: Customer Equipment 41

42 Atributos de Serviço EVC Atributos de Serviço EVC: detalhes sobre o EVC incluindo: Perfis de largura de banda Atribuição de QoS Opções de marcação (TAG) Latência, variação de atraso (Jitter), taxa de perdas Perfil de largura de banda: CIR - Committed Information Rate garantido EIR - Excess Information Rate pode ser descartado CBS - Committed Burst Size - dimensão de rajada EBS - Excess Burst Size - dimensão de rajada Formatação e Policiamento para cumprir o ritmo 42

43 Acordo de Níveis de Serviço Service Level Agreement (SLA) Marcação com 2 ritmos, 3 cores Marcação feita na entrada da rede Verde Tramas Encaminhadas tráfego conforme com CIR, especificado no SLA Amarelo Tramas elegíveis para Descarte Acima do CIR, abaixo do EIR, não sujeitas ao SLA Vermelho Tramas Descartadas Excedem EIR O SLA pode depender da TAG das tramas. Exemplo: Classe de Serviço Ouro Prata Bronze Características do Serviço Aplicações de vídeo ou telefonia IP de tempo real Aplicações críticas requerendo baixas perdas e atrasos Aplicações de dados requerendo garantias de largura de banda prioridade 6, 7 4, 5 3, 4 Standard Serviço de Melhor Esforço 0, 1, 2 Perfil de largura de banda por EVC CIR > 0 EIR = 0 CIR > 0 EIR ritmo da UNI CIR > 0 EIR ritmo da UNI CIR=0 EIR=ritmo da UNI Desempenho do Serviço Atraso < 5ms Jitter < 1ms Perdas < 0.001% Atraso < 5ms Jitter = Não definido Perdas < 0.01% Atraso < 15ms Jitter = N. def. Perdas < 0.1% Atraso < 30ms Jitter = N. def. Perdas < 0.5% 43

44 Algoritmo de balde furado: 2 ritmos, 3 cores fichas Verdes Committed Information Rate (CIR) fichas Amarelas Excess Information Rate (EIR) Committed Burst Size (CBS) Balde C Overflow Excess Burst Size (EBS) Balde E Overflow Esqueleto do Algoritmo: se (tamanho da trama a servir é menor que fichas no balde C) {declara verde; remove fichas do balde C} senão se (tamanho da trama a servir é menor que fichas no balde E) {declara amarelo; remove fichas do balde E} senão declara vermelho 44

45 4.3 POINT-TO-POINT PROTOCOL (PPP) PPP é descrito na RFC Contém um mecanismo auto-configurável para a transferência de pacotes de comprimento variável em links série, full-duplex e ponto a ponto. É o principal protocolo de nível 2 para ligar utilizadores residenciais a um ISP. A sua função principal é isolar as camadas mais elevadas dos mecanismos de multiplexagem e delimitação de tramas associados com a utilização de links ponto a ponto. Utiliza-se sobre vários tipos de meios de comunicação, desde links comutados de baixa velocidade (e.g. RDIS) até circuitos ópticos de alta velocidade. 45

46 Requisitos para PPP Delimitação de tramas Transparência no transporte de informação da camada 3 Suporte de múltiplos protocolos de rede Detecção de erros Detecção de estado do link Simplicidade. PPP é definido em três níveis: Delimitação de tramas e Encapsulamento, Link Control Protocol (LCP) e Network Control Protocol (NCP). 46

47 Interface IP Interface IPX Interface IP Interface IPX NCP NCP NCP NCP Stack PPP LCP LCP Stack PPP Encapsulamento Encapsulamento Delimitação de Trama Delimitação de Trama REDE 47

48 Delimitação de Tramas e Encapsulamento Delimitação de tramas : estabelece os limites para as tramas num conjunto contínuo de bits ou bytes. Encapsulamento: multiplexa/ demultiplexa pacotes de diferentes protocolos de rede numa dada sequência de tramas. A delimitação de tramas é feita de um modo semelhante a HDLC. Flag Endereço Controlo Protocolo Informação FCS Flag byte >=0 byte 2-4 byte Campo Protocolo: IPv4 (0021H); IPv4 NCP (8021H); IPv6 (0057H); IPv6 NCP (8057H); LCP (C021H); Appletalk (29H); Decnet (27H); IPX (002BH); IPX NCP (8057H). 48

49 Em links orientados ao byte a transparência é conseguida através de byte stuffing. PPP define um byte escape ( ). PPP faz o ou-exclusivo de uma imitação da flag ou do escape no campo de informação com o valor 20H. É o resultado da operação que é inserido no campo de informação precedido do byte escape. Na recepção o processo é inverso, sendo eliminado o byte escape. Em links orientados ao bit a transparência é conseguida através de bit stuffing. Insere-se 0 sempre que ocorrem cinco bits consecutivos a 1 no campo de informação. Por omissão, a dimensão máxima do campo de informação é 1500 bytes. Pode ser mudada durante a configuração do link. No FCS usa-se um CRC-16 ou CRC-32. Erros detectados implicam a eliminação da trama. 49

50 Protocolo LCP (Link Control Protocol) Um link PPP precisa de ser gerido independentemente do tipo de protocolo de rede que esteja a suportar. O papel de LCP é providenciar uma auto-configuração de parâmetros que seja comum a todos os protocolos de rede que partilham o link. Estes parâmetros incluem: estado do link, opções para o formato do encapsulamento, limites de tamanho do pacote em ambos os sentidos, autenticação de cada uma das extremidades, monitorização de qualidade do link e detecção de falhas de configuração. As mensagens de controlo LCP são transportadas em tramas PPP com o campo de protocolo igual a C021H. Quando se estabelece um link, o protocolo LCP determina se o link pode ser considerado operacional. 50

51 Estados de LCP Estado inicial Estabelecimento do Link Terminação Autenticação (opcional) Aberto Configuração Camada de Rede 51

52 A configuração do link PPP começa sempre no estado inicial. Quando é detectada actividade no link ou há uma intervenção do gestor, PPP entra no estado de Estabelecimento do link. Neste estado um dos lados do link envia uma trama LCP de pedido de configuração. O outro lado responde com um acknowledge positivo ou negativo. Após o link ter sido estabelecido incluindo a negociação das opções e a autenticação (se aplicável), os dois lados trocam entre si pacotes de controlo IP ou de outro protocolo de rede. Deste modo são configurados os módulos IP em cada um dos lados. A seguir o link entra no estado Aberto e tramas PPP podem ser trocadas entre ambos os lados. Fica neste estado até ocorrer um pacote LCP de pedido de terminação. 52

53 Multilink PPP Nalguns cenários de acesso vários links podem ser abertos em paralelo entre duas entidades PPP pares. Multilink PPP (MP) permite que esses links paralelos possam ser agregados num único link virtual (bundle), expandindo deste modo a capacidade de comunicação entre as duas entidades pares. Suporta também a segmentação das tramas PPP para que os diversos segmentos possam ser transportados nos diferentes links. MP aparece como um outro protocolo da camada 3 na perspectiva de cada um dos links, mas aparece como um link na perspectiva do NCP. MP é definido em RFC

54 Interface IP NCP Encaps. Segmentação MP e Reagrupamento Encaps. MP LCP LCP Encaps. Encaps. Delim. Trama Delim. Trama Link 1 Link 2 54

55 Protocolo 1-2 byte Pacote PPP inicial Informação Flag Endereço 7EH FFH Controlo 03H ProtocoloCabeç. MP Info 003DH 2-4 byte Segmento FCS 2-4 byte Segmento MP Flag Endereço Controlo ProtocoloCabeç. MP Info FCS 7EH FFH 03H 003DH 2-4 byte Segmento 2-4 byte Segmento MP 55

56 A trama PPP (Protocolo + Informação) pode ser segmentada, de modo a que cada segmento seja transmitido num dos links paralelos. Uma trama MP é semelhante a uma trama PPP, mas tem o campo de protocolo com o valor 003DH. Tem também um cabeçalho MP adicional. O cabeçalho MP (16/32 bits) tem um nº de sequência com 12 ou 24 bits. Tem também uma flag de início. O mesmo nº de sequência é usado para todos os segmentos da mesma trama. 56

57 Protocolo NCP (Network Control Protocol) A informação de que o link está operacional é passada ao NCP. Define-se um NCP distinto para cada protocolo de rede a ser suportado num link PPP (e.g. IPv4, IPv6, IPX, Appletalk). Após LCP declarar um link como operacional, cada NCP começa a negociar com o seu par na outra extremidade do link para determinar se o link é adequado para os objectivos do protocolo suportado. As mensagens de controlo NCP são transportadas em tramas PPP. O tráfego no link é uma mistura de mensagens de controlo NCP e LCP, e de mensagens de informação. Atribui endereços IP, servidor DNS. 57

58 PPPoEoA: Point-to-Point Protocol over Ethernet over ATM Configuração do ATM 58

59 PPPoEoA: Point-to-Point Protocol over Ethernet over ATM Jan 1 12:00:23> Mounted root (squashfs filesystem) readonly. Jan 1 12:00:40> DSL in Sync Treino do ADSL à linha Jan 1 12:00:47> DSL Carrier is up Jan 1 12:00:47> sar read trained mode (5)(ADSL_2plus) Jan 1 12:00:49> pppd started by root, uid 0 Jan 1 12:00:49> Connect: ppp0 {--} nas0 Jan 1 12:00:52> PAP authentication succeeded Jan 1 12:00:52> peer from calling number 00:1A:6C:D0:7E:48 authorized Jan 1 12:00:52> WAN IP address nn.nnn.nn.nn Jan 1 12:00:52> WAN gateway 1nn.nn.nn.nn Jan 1 12:00:52> primary DNS address 1nn.nn.nnn.nnn Jan 1 12:00:52> secondary DNS address 1nn.nn.nn.nnn Jan 1 12:00:52> ppp0 Jan 1 12:00:52> PPPoE Connect with IP Address nn.nnn.nn.nn Jan 1 12:00:52> PPPoE Connection Successfully Established Jan 1 12:00:52> PPPoE Connect with Gateway IP Address: 1nn.nn.nn.nn PPP daemon ATM bridge device no Linux Prefixo MAC da Cisco 59

60 PPPoEoA: Point-to-Point Protocol over Ethernet over ATM Router/ Modem ADSL IP PPP PPPoE DSLAM (DSL Access Multiplexer) Servidor Remoto de Acesso IP PPP PPPoE LAN Ethernet Ethernet Ethernet LLC/VC LLC/VC AAL5 AAL5 ATM ATM ATM ADSL ADSL SDH SDH Broadband Remote Access Server (BRAS): Servidor Remoto de Acesso 60

61 PPP na interface U: algumas variantes IPoEoATM PPPoEoATM IPoATM PPPoATM IPoE PPPoE Ethernet Usado em Portugal 61

62 PPPoEoA: PPPoE (RFC 2516) Protocolo 1-2 bytes Pacote PPP inicial Informação PPPoE Versão 4 bits 0001 Tipo 4bits 0001 Código de Pacote 1 byte Session ID 2 bytes Compri mento 2 bytes Informação >=0 bytes Ethernet MAC destino 6 bytes MAC origem 6 bytes Protocolo 2 bytes Informação >=0 bytes FCS 4 bytes Em vez de encapsulamento HDLC, PPP usa encapsulamento Ethernet Protocolo: 8863H para a fase de descoberta, 8864H para a fase de sessão estabelecida FCS opcional (geralmente é calculado pelo hardware, pelo que se omite) 62

63 PPPoEoA: Encapsulamento LLC (RFC 2684) Encapsulamento LLC permite transportar vários protocolos diferentes sobre AAL5 no mesmo circuito virtual ATM. Destination SAP=IEEE 802.1(AA), Source SAP=IEEE (AA), PDU type=unnumbered Information (03) Organizationally Unique Identifier=IEEE Protocol-ID= 802.3/Ethernet Padding: alinhamento dos dados em múltiplo de 4 bytes Trama Ethernet MAC 63

64 PPP na interface U: eficiência Usado em Portugal 64

65 sem PPP na interface U: eficiência 65

66 PPP na interface U: Exemplo Exemplo: ADSL 12Mbps, PPPoEoA LLC, Download HTTP com IPv4 com MTU=1400 Bytes IP 1400 Bytes -20 Cabeçalhos IP -20 Cabeçalhos TCP 1360 Bytes de dados Overhead: +2 PPP +6 PPPoE +14 Bytes Ethernet (6+6+2, CRC calculado no hardware) +10 Bytes LLC +8 Bytes trailer AAL Bytes Número de células ATM: 1440/48=30.0, logo 30 células ou 30*53=1590 bytes Eficiência: 1360/1590=85.53% Débito útil: 12Mbps*0.8553=10.264Mbps 66

67 PPP na interface U: futuro BNG broadband network gateway RG residential gateway PTA PPP terminated access IWF Interworking function 802.1ad: Provider Bridging (Carrier Ethernet) 67

68 Serviço Triple-Play Serviço Triple-Play: Integração no mesmo acesso dos serviços: Voz (telefone) Dados (acesso à Internet) TV Quadruple-Play: integração com mobilidade Uma solução: VLANs para separar tráfego na rede local do cliente Circuitos virtuais ATM separados para cada tipo de tráfego na rede de acesso Por exemplo: UBR (Unspecified Bit Rate) para dados, CBR (Constant Bit Rate) para outros serviços Multicast para distribuição de TV, com IGMP snooping para o tráfego ser filtrado na camada 2. Alternativa: prioritização do tráfego IP 68

69 Serviço Triple-Play: exemplo de implementação Bridge Interface vid= VLAN ID FXS Foreign exchange Station Dados Voz Vídeo Telefone analógico para voz Dados Set-Top Box Vídeo 69

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