7. Redes Locais Introdução. Redes de Comunicações/Computadores I Secção de Redes de Comunicação de Dados

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1 7. Redes Locais Introdução Redes de Comunicações/Computadores I Secção de Redes de Comunicação de Dados

2 Desenho original de Bob Metcalfe 1972 Xerox PARC Redes de Comunicação / Computadores I 2

3 Redes Locais (LAN) Características Área geográfica limitada Localizadas num edifício ou campus Tipicamente distâncias inferiores a 2,5Km (cobre) ou 5Km (f.o.) Privadas (equipamento e gestão) Pertencentes a uma organização Débito de transmissão 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Meio físico partilhado Necessidade de endereçamento físico Necessidade de mecanismos de controlo de acesso ao meio Não há nós de rede intermédios Redes de Comunicação / Computadores I 3

4 Redes Locais (LAN) Características (cont.) Meios físicos de transmissão Twisted Pair (UTP/STP) Cabo Coaxial (Thin, Thick) Fibra Óptica Ar (WirelessLANs) Topologias de ligação Segmento (Bus) Anel (Ring) Estrela (Star) - Baseada em Hubs Árvore activa (Tree) - Baseada em Hubs Protocolos de acesso ao meio Contenção (CSMA/CD) À vez (Token) Reserva (Slotted Ring) Redes de Comunicação / Computadores I 4

5 Redes Locais (LAN) IEEE (CSMA/CD) Limites máximos da dimensão da rede 5 segmentos ligados por 4 repetidores 3 segmentos com máquinas 2 IRL (Inter-Repeater Link) ponto a ponto 1 domínio de colisão com 1024 máquinas Redes de Comunicação / Computadores I 5

6 Redes Locais (LAN) Distâncias máximas: exemplo Thick Ethernet R S Repetidor Estação Max 50m até ao transceiver S Max 500m de um segmento R Max 50m até ao transceiver Max 50m até ao transceiver R R 3 KM Distâncias máximas: Estação-transceiver = 50m Segmento = 500m R Entre duas estações máximo de 4 repetidores S Redes de Comunicação / Computadores I 6

7 Topologias de Ligação (1) Segmento (Bus) Meio de transmissão é apenas constituído pelo meio físico Meio de transmissão por difusão (Broadcast) Meio físico finito (terminadores) Ligação passiva ao meio físico Anel (Ring) Meio de transmissão é constituído por um conjunto de repetidores interligados por ligações ponto a ponto, unidireccionais. Meio físico sem fim Ligação activa ao meio (através de um repetidor) Redes de Comunicação / Computadores I 7

8 Topologias de Ligação (2) Estrela (Star) Meio de transmissão é constituído por ligações ponto a ponto a um nó central Todas as comunicações têm que passar pelo nó central Malha (Mesh) Meio de transmissão é constituído por ligações ponto a ponto arbitrarias entra as máquinas Redes de Comunicação / Computadores I 8

9 Topologias de Ligação (3) Árvore passiva (Tree) Generalização da topologia em Bus (meio em broadcast) Apenas uma estação pode transmitir de cada vez Árvore activa (Tree) Generalização da topologia em Estrela Redes de Comunicação / Computadores I 9

10 Métodos de acesso ao meio Contenção Escuta o barramento e transmite se livre. Passagem de testemunho (Token) Um terminal apenas pode transmitir quanto estiver na posse do testemunho. Reserva de time-slot O terminal tem de requesitar um slot para poder transmitir Redes de Comunicação / Computadores I 10

11 Métodos de acesso ao meio Protocolos baseados em contenção ALOHA (1970) (eficiência 17%) Emissor: envia em qualquer altura Receptor: faz controlo de erros e envia ACK Emissor: espera ACK durante o max roundtrip time caso não receba retransmite Ilhas de ALOHA no Hawaii Slotted ALOHA (1975) (eficiência 35%) Emissor: envia em slots determinados Estações sincronizadas Colisões só deperdiçam um slot Receptor: faz controlo de erros e envia ACK Emissor: espera ACK durante o max roundtrip time caso não receba retransmite Redes de Comunicação / Computadores I 11

12 Métodos de acesso ao meio Protocolos baseados em contenção: CSMA T Transm é muito maior que T Propag CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Emissor: escuta o meio envia se o meio estiver livre (caso contrário espera para transmitir) evita colisões Receptor: faz controlo de erros e envia ACK Emissor: espera ACK durante o max roundtrip time caso não receba retransmite Redes de Comunicação / Computadores I 12

13 Métodos de acesso ao meio Protocolos baseados em contenção: CSMA/CD T Transm é muito maior que T Propag CSMA/CD (with Collision Detect) Emissor: escuta o meio envia se o meio estiver livre (caso contrário espera para transmitir) Evita colisões Receptor: faz controlo de erros Emissor: escuta o meio para detectar colisões Enquanto emite escuta se está a receber o sinal enviado Caso detecte colisão faz Jam e Backoff Evita espera do max roundtrip time Redes de Comunicação / Computadores I 13

14 Métodos de acesso ao meio Protocolos baseados em contenção: CSMA/CD A inicia a emissão de uma trama B inicia a emissão de uma trama B detecta uma colisão A detecta uma colisão CSMA/CD Carrier-Sense Multiple-Access with Collision Detection Tp tempo de propagação (pior caso) Redes de Comunicação / Computadores I 14

15 Métodos de acesso ao meio Protocolos baseados em contenção: CSMA/CA CSMA/CA (with Collision Avoidance) Emissor: escuta o meio se o meio estiver livre: envia trama (pequena) de reserva (caso contrario espera para transmitir) se a reserva foi bem sucedida: envia trama de dados Evita colisões Receptor: faz controlo de erros Redes de Comunicação / Computadores I 15

16 Métodos de acesso ao meio Acesso controlado: Token-Ring e Token-Bus O DTE C desligado e em modo by-pass O DTE H não faz parte do anel lógico e é só receptor Meio físico Anel Lógico Redes de Comunicação / Computadores I 16

17 Métodos de acesso ao meio Acesso controlado: Token-Ring e Token-Bus Token LAN Só emite a estação que detiver o token; O Token é passado de estação em estação até atingir a próxima estação a emitir; Para evitar colisões cada rede tem um só token; Token Ring e Token Bus não apresentam colisões como se verifica em redes ALOHA e ETHERNET. Só emite a estação que tiver o token; O Token é passado de estação em estação até atingir a próxima estação a emitir; Vantagens e desvantagens Em regime de carga baixa, uma estação pode ter de esperar tempo elevado para emitir; Em carga elevada o processo é mais eficiente; Pode-se estabelecer um esquema de prioridades na emissão; Processo com tempo limitado para emissão; Redes de Comunicação / Computadores I 17

18 Métodos de acesso ao meio Reserva de acesso: Slotted-Ring Sentido de envio N 1 1 Nº de bits Endereço Destino Endereço Origem DADOS Do monitor para controlo Cheio/vazio Inicio do pacote Bits de resposta 00 Ocupado 01 Aceite 10 Rejeitado 11 - Ignorado S DTE M Monitor Redes de Comunicação / Computadores I 18

19 Redes Locais Modelo de camadas Comparação com o modelo OSI Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Ligação Física Logical Link Control (LLC) Media Access Control (MAC) Physical Coding Sublayer (PMS) Physical Medium Attachment (PMA) Meio Transmissão Normas IEEE Redes de Comunicação / Computadores I 19

20 Normas IEEE 802 Localização das normas IEEE 802 e compatíveis Rede LLC MAC Normas IEEE PMC (CSMA/ CD) (Token Bus ) (Token Ring) FDDI (Wirelless LAN) PMA Meio de transmissão Redes de Comunicação / Computadores I 20

21 Encapsulamento de protocolos em LAN (exemplo) LLC Header IP Header TCP Header MAC Header MAC Trailer Dados da aplicação Segmento TCP Datagrama IP LLC PDU Trama MAC Redes de Comunicação / Computadores I 21

22 Sumário & Bibliografia Sumário Características das redes locais Meios físicos Topologias Protocolos de acesso ao meio Modelo OSI e as normas IEEE 802 Bibliografia Data Communications, Computer Networks & Open Systems Cap 6 Fred Halsall Redes de Comunicação / Computadores I 22