Prof. Marcelo de Sá Barbosa REDE DE COMPUTADORES

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1 Prof. Marcelo de Sá Barbosa REDE DE COMPUTADORES

2 MODELO TCP/IP DE 5 CAMADAS MODELO OSI MODELO TCP IP NUMERO DA CAMADA CAMADA NUMERO DA CAMADA CAMADA 7 APLICAÇÃO 6 APRESENTAÇÃO 5 APLICAÇÃO 5 SESSÃO 4 TRANSPORTE 4 TRANSPORTE 3 REDE 3 REDE 2 ENLACE 2 ENLACE 1 FISICA 1 FISICA Nessa aula estudaremos a camada de ENLACE e termo característico é QUADRO ou FRAME

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4 Introdução REDE DE COMPUTADORES A camada DATA LINK CONTROL efetua a função básica de controle do enlace físico. Sendo a camada física imediatamente Inferior, deve garantir a integridade dos dados transportados. Como a incidência de erros no meio físico é consideravelmente Alta, a camada de enlace implementa métodos de detecção e Controle de erros altamente eficientes ( CRC- check de verificação Ciclica ). O modelo de referência OSI padroniza a unidade de Transferência de dados desta camada como um FRAME ou QUADRO Há dois tipos de canais de camada diferentes. O primeiro tipo são os Canais de broadcast que são comuns em redes locais LAN, LANs Sem fio, redes por satélite e redes de acesso híbridas de cabo coaxial e de fibra. No caso do canal de broadcast muitos hospedeiros estão Conectados ao mesmo canal de comunicação e é preciso de um protocolo de acesso ao meio para coordenar as transmissões e evitar as colisões.

5 Introdução REDE DE COMPUTADORES O segundo tipo de canal de camada de enlace é o enlace de comunicação ponto a ponto, tal como o existente entre dois roteadores ou entre um modem discado residencial e um roteador ISP. Coordenar o aceso a um enlace ponto a ponto é trivial, mas há ainda questões importantes refentes a enquadramento, transferência confiável de dados, detecção de erros e controle de fluxo. De uma maneira geral a camada de enlace define como os dados serão transportados sobre a camada física. Complementando, trata-se da definição de como encapsular protocolos específicos e como são encaminhados para diferentes camadas superiores no mesmo canal de comunicação físico. Para prover essas funções o IEEE definiu as duas subcamadas abaixo: A MEDIA ACCESS CONTROL ( 802.3) B LOGICAL LINK CONTROL ( LLC ) (802.2)

6 Introdução REDE DE COMPUTADORES A MEDIA ACCESS CONTROL ( 802.3) B LOGICAL LINK CONTROL ( LLC ) (802.2) MEDIA ACCESS CONTROL: como o nome menciona a subcamada MAC define como os FRAMES ou QUADROS serão transmitidos sobre a camada física. Aqui estão envolvidos o endereçamento físico associado a cada dispositivo, definição de topologia de rede, entrega confiável, detecção de erros, entrega de pedidos de frame e opcionalmente controle de fluxo. LOGICAL LINK CONTROL LLC: é responsável por identificar logicamente diferentes tipos de protocolo e então encapsulá-los.

7 MAC ADRESS endereço MAC Preâmbulo Endereço destino Endereço origem tamanho dados FCS 5C.66.AB B1 IEEE Código do fabricante Número da interface A maior parte da camada de enlace é implementada em um adaptador de rede, por vezes também conhecido como controlador de interface de rede NIC. Exemplo placa PCM CIA. Atualmente Temos as LAN on motherboard.

8 O endereço de origem sempre é um endereço unicast, sendo que o endereço de destino pode ser multicast ( grupos ), unicast ou broadcast ( todos os nós ). No campo de dados inclui o LLC controle de informação, outra informação de controle de camada superior e dados do usuário. FCS contém o CRC, check de verificação cíclica. O CRC é criado pelo envio de informações ao dispositivo e cálculo dessas informações após o dispositivo responder, verificando se ocorreram problemas no frame que foi transmitido, comparando-se a informação transmitida com a recebida.

9 Três técnicas de detecção de erros: 1 Verificação de paridade 2 Métodos de soma de verificação ( mais utilizados na camada de transporte. 3 - Verificação de redundância cíclica - CRC Talvez a maneira mais simples de detecção de erros seja utilizar um único bit de paridade. Suponha que a informação a ser enviada contenha d bits. Em um esquema de paridade par, o remetente Simplesmente inclui um bit adicional e escolhe o valor desse bit de modo que o número total de bits 1 nos bits d+1 ( a informação Original mais o bit de paridade ) seja par. Em esquemas de paridade Impar, o valor do bit de paridade é escolhido de modo que haja Um número impar de 1. A operação do receptor também é simples com um único bit de paridade. Num esquema de paridade par se for Encontrado uma sequência impar de bits, houve pelo menos um erro De bit.

10 Mas o que acontecerá se ocorrer um número par de erros de bit? Podemos utilizar a paridade bidimensional, pois esta pode detectar Mas não corrigir qualquer combinação de dois erros em um pacote. A capacidade do receptor para detectar e corrigir erros é conhecida como correção de erros de repasse. Métodos de soma e verificação: Essa técnica de soma e verificação os d bits de dados são tratados Como uma sequência de números inteiros de k bits. Um método Simples de soma de verificação é somar inteiros de k bits e usar o Total resultante como bits de detecção de erros. A soma de verificação Da internet é baseada nessa abordagem, bytes de dados são tratados Como inteiros de 16 bits e somados. O complemento de 1 dessa soma Então forma a soma de verificação da internet que é carregada no Cabeçalho do segmento. O RFC 1071 discute detalhamente o algoritmo De verificação da internet.

11 Verificação de redundância cíclica - CRC Uma técnica de detecção de erros usada amplamente nas redes De computadores de hoje é baseada em códigos de verificação de Redundância ciclíca CRC. Códigos CRC também são conhecidos como códigos polinomiais, já que é possível considerar a cadeia de Bits a ser enviada como polinômio cujos coeficientes são os valores 0 e 1 na cadeia de bits, sendo as operações na cadeia de bits interpre- Tadas como aritmética polinomial. Códigos CRC funcionam como Segue. Considere a parcela de d bits de dados, D, que o nó remetente Quer enviar para o nó receptor. O remetente e o receptor devem, Primeiramente, concordar com um padrão de r+1 bits, conhecido como Um gerador, que denominamos G. Vamos exigir que o bit mais signi- Ficativo de G seja 1. A ideia fundamental por trás dos códigos CRC É mostrada a seguir.

12 Para uma dada parcela de dados, D, o remetente escolherá r bits Adicionais, R, e o anexará a D de modo que o padrão de d+r bits Resultante ( interpretado como um número binário ) seja divisível exatamente por G ( por exemplo, sem nenhum remanescente ), Usando aritmética de módulo 2. Todos os cálculos de CRC feitos Por aritmética de módulo 2 sem vai 1 nas adições nem empresta 1 nas subtrações. Isso significa que adição e subtração são Idênticas e equivalem à operação OU EXCLUSIVO ( XOR ).

13 Protocolos de acesso aleatório CSMA/CD ALOHA ou sotted Aloha REDE DE COMPUTADORES O protocolo ALOHA requer que todos os nós sincronizem suas Transmissões para que comecem no início do intervalo. O protocolo CSMA/CD é um protocolo múltiplo com detecção De portadora e detecção de colisão. CSMA/CD: Iniciaremos o estudo do protocolo CSMA/CD fazendo uma analogia com as regras da boa educação na comunicação e para Exemplificar segue a situação:

14 Em um coquetel um convidado mal educado continua a tagarelar Mesmo quando outras pessoas estão falando. Temos protocolos que Nos levam não somente a nos comunicar com civilidade mas também a aumentar a quantidade de dados que trocamos durante nossas Conversas. Especificamente há duas regras importantes que regem A conversação educada entre seres humanos: - Ouça antes de falar. Se uma pessoa estiver falando, espere até que Ela tenha terminado. No mundo das redes isso é denominado Detecção de portadora, um nó houve o canal antes de transmitir. - Se alguém começar a falar ao mesmo tempo que você, pare de falar. No mundo das redes isso é chamado detecção de colisão. Um nó Que está transmitindo ouve o canal enquanto transmite. Se esse nó Detectar que outro nó está transmitindo um quadro interferente, ele Para de transmitir e usa algum protocolo para determinar quando deve Tentar transmitir novamente.

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18 Ele para de transmitir e usa algum protocolo para determinar quando Deve tentar transmitir novamente. Essas regras são incorporadas na família de protocolos CSMA/CD. ARP Address resolution protocol Como existem endereços de camada de rede e endereços de camada de enlace ( MAC ) é preciso fazer a tradução de um para o outro. Para a internet esta é uma tarefa do protocolo de resolução de Endereços ARP. RFC 826 ARP converte endereços IP em MAC apenas para nós na mesma Subrede. Cada roteador possui em sua RAM tabela ARP que contém Mapeamento de endereços IP para endereços MAC. A mensagem do protocolo ARP é enviada dentro de um quadro de broadcast ao Passo que a resposta é enviada em um quadro padrão. Tabela ARP é construido automaticamente sem presença de administrador.

19 Dominico de colisão: Cada porta ethernet de um switch representa um domínio de colisão. Dominio de broadcast: Todas as portas de um switch representam um domínio de broadcast. Serviço não orientado a conexão. Serviço não confiável. Similar ao UDP na camada de transporte. Serviço orientado a conexão. Serviço confiável. Similar ao TCP.

20 O protocolo de Janelas deslizantes REDE DE COMPUTADORES

21 O protocolo de Janelas Deslizantes pode ser descrito da seguinte maneira [Stallings(2003)]: Dadas 2 estações A e B, tem-se que A representa a estação transmissora, capaz de transmitir w quadros de uma só vez sem receber nenhum tipo de reconhecimento do recebimento destes quadros, e B a estação receptora, capaz de receber até w quadros de uma só vez sem enviar nenhum reconhecimento. A estação B reconhece um quadro enviando um reconhecimento (RR) com o índice do próximo quadro desejado. Esse reconhecimento indica que a estação B está pronta para receber os próximos quadros a partir do índice em questão. A estação A mantém uma lista com os índices dos quadros que pode enviar, enquanto a estação B mantém uma lista com os índices dos quadros que espera receber. Essas listas podem ser vistas como "janelas de quadros", como ilustrado na Figura do slide 19, baseada em ilustrações do livro de William Stallings [Stallings(2003)].

22 A Figura 1 mostra janelas com os índices de 0 a 7 dos referentes quadros, de maneira que os quadros subsequentes começam a ser referenciados novamente a partir do índice 0. A Figura 1(a), representa a janela sob a perspectiva da entidade transmissora. Neste caso, o retângulo sombreado indica os quadros a serem enviados. A cada vez que um quadro é enviado, o retângulo sombreado diminui da esquerda para a direita, e quando um reconhecimento é recebido, o retângulo cresce da esquerda para a direta.

23 A barra vertical é utilizada para marcar o início da janela de quadros a serem transmitidos, e se move para a direita à medida que reconhecimentos vão sendo recebidos. Os índices anteriores à barra vertical indicam os quadros já transmitidos e que já receberam reconhecimento. Os índices entre a barra vertical e o retângulo sombreado representam os quadros que foram transmitidos, porém ainda não receberam reconhecimento. Esses quadros ainda não reconhecidos devem ser armazenados, no caso da necessidade de retransmissão dos mesmos. A Figura 1(b) representa a janela sob a perspectiva da entidade receptora, cuja especificação é correspondente à janela da entidade transmissora, porém de maneira oposta. Por exemplo, enquanto na janela do transmissor a parte sombreada indica os quadros a serem enviados, na janela do receptor isso representa os quadros a serem recebidos, e assim sucessivamente.

24 Observe que o protocolo de Janelas Deslizantes fornece uma forma de controle de fluxo: a entidade receptora (B), precisa estar apta a receber apenas w quadros de uma só vez, garantindo que não haja sobrecarga na transmissão dos dados. Além disso, existe a vantagem com relação a outros protocolos como o Stop-And-Wait que é a maior eficiência na utilização do meio, uma vez que não é necessário aguardar o reconhecimento de cada quadro para que o seu subsequente possa ser enviado. O protocolo implementa também mecanismos de controle de erros de transmissão. São eles: Go-back-N ARQ e Selectivereject ARQ. Conforme mencionado em [4] [Stallings(2003)], o Go-back-N ARQ é o mecanismo de controle de erro mais comum e utilizado. Caso ocorram erros na transmissão de quadros ou reconhecimentos podem acontecer os seguintes casos (2):

25 A Figura 1(b) representa a janela sob a perspectiva da entidade receptora, cuja especificação é correspondente à janela da entidade transmissora, porém de maneira oposta. Por exemplo, enquanto na janela do transmissor a parte sombreada indica os quadros a serem enviados, na janela do receptor isso representa os quadros a serem recebidos, e assim sucessivamente. Observe que o protocolo de Janelas Deslizantes fornece uma forma de controle de fluxo: a entidade receptora (B), precisa estar apta a receber apenas w quadros de uma só vez, garantindo que não haja sobrecarga na transmissão dos dados. Além disso, existe a vantagem com relação a outros protocolos como o Stop-And-Wait que é a maior eficiência na utilização do meio, uma vez que não é necessário aguardar o reconhecimento de cada quadro para que o seu subsequente possa ser enviado.

26 GO BACK N ARQ REDE DE COMPUTADORES 1. Ao receber um quadro com erro, a estação receptora mandará um quadro de rejeição (REJ) para aquele quadro. Neste caso, a estação transmissora deverá retransmitir o quadro com erro e todos os subsequentes. 2. A estação transmissora determina um tempo para que o quadro enviado seja reconhecido. Caso esse tempo expire, e a estação receptora não tenha enviado nenhum reconhecimento ou quadro de rejeição, ou esses se perderam durante a transmissão, a estação transmissora envia um quadro de "aviso"(rr PBit), indicando que a estação receptora deve enviar um reconhecimento, ou rejeição de quadro. O tempo de reconhecimento é setado até um determinado número de vezes. Caso não haja resposta, a estação transmissora reinicializa a transmissão.

27 GO BACK N ARQ 3. Uma vez que o reconhecimento é cumulativo, caso ocorra erro na transmissão do reconhecimento de um quadro pela estação receptora, antes mesmo de receber o reconhecimento do quadro em questão, a estação transmissora envia o próximo quadro e este é reconhecido pela estação receptora, anulando a perda do primeiro reconhecimento. O Selective-reject ARQ é outro mecanismo de controle de erros, no qual apenas os quadros que foram enviados com erro são retransmitidos (SREJ). Para isso, a estação receptora mantém armazenados todos os quadros recebidos de forma correta após a chegada do quadro com erro, porém fora de ordem e os ordena quando o quadro danificado for recebido novamente. No caso de erros na transmissão do reconhecimento, os mecanismos são os mesmos utilizados no Go-back-N ARQ.

28 Transmissão de quadros utilizando o mecanismo de controle de erros Go-back-N ARQ