2. PROTOCOLOS DE ACESSO

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1 TECNOLOGIA DE ACESSO A REDES Prof. André Ciriaco [email protected] Aula 03

2 ObjetivodaAula 2. PROTOCOLOS DE ACESSO 2.1 HDLC (High Level Data Link Control) 2.2 SLIP (Serial Line Internet Protocol) 2.3 PPP (Point to Point Protocol) 2.4 X Frame Relay 2.6 ATM

3 Revisão Quando uma empresa cresce e passa a ter instalações em várias localidades, é necessário interconectar as redes locais das várias filiais para formar uma rede de longa distância(wan Wide Area Network). Há muitas opções disponíveis hoje em dia para implementar soluções WAN. Elas diferem em termos de tecnologia, velocidade e custo. É necessário usar uma WAN para transportar dados que precisem ser transferidos entre locais geográficos distantes. Uma WAN é uma rede de comunicações de dados que opera além da abrangência geográfica de uma rede local. 3

4 Revisão Uma das principais diferenças entre uma WAN e uma rede local é que uma empresa ou organização precisa ser assinante de um provedor de serviços WAN para poder usar os serviços de rede da operadora. Os dispositivos que colocam dados no loop local são chamados de equipamentos de terminação do circuito de dados, ou equipamentos de comunicações de dados (DCE Data Communications Equipment). Os dispositivos do cliente que passam os dados para o DCE são chamados de equipamentos terminais de dados (DTE Data terminal Equipment). A principal função do DCE é fornecer ao DTE uma interface com o enlace decomunicaçãoqueoconectaànuvemwan. 4

5 Revisão Os enlaces WAN são fornecidos em diversas velocidades, medidas em bits por segundo (bps), quilobits por segundo (kbps ou 1000 bps), megabits por segundo (Mbps ou 1000 kbps) ou gigabits por segundo (Gbps ou 1000 Mbps). Geralmente, os valores bps são full duplex. Isso significa que uma linha E1 pode transportar 2 Mbps ou que uma linha T1 pode transportar 1,5 Mbpsemcadadireçãoaomesmotempo. 5

6 Revisão O enlace de comunicação precisa dos sinais em um formato apropriado. Para linhas digitais, são necessárias uma unidade de serviço de canal (CSU)eumaunidadedeserviçodedados(DSU). Geralmente, as duas são combinadas em um único equipamento, chamado CSU/DSU. O CSU/DSU também pode ser integrado à placa da interface do roteador. 6

7 Revisão Os protocolos da camada de enlace definem a maneira como os dados são encapsulados para transmissão para localidades remotas e os mecanismos para transferir os quadros resultantes. São usadas diversas tecnologias diferentes, tais como ISDN, Frame Relay ou ATM (Asynchronous Transfer Mode Modo de Transferência Assíncrona). Esses protocolos usam o mesmo mecanismo de enquadramento básico, o HDLC (high-level data link control), um padrão ISO ou um de seus subconjuntos ou variantes. 7

8 Revisão Os dados da camada de rede são passados para a camada de enlace para serem entregues em um enlace físico, que normalmente em uma conexão WAN é ponto-a-ponto. A camada de enlace monta um quadro em torno dos dados da camada de rede, para que seja possível aplicar as verificações e controles necessários. Cada tipo de conexão WAN usa um protocolo da camada 2 para encapsular o tráfego enquanto ele atravessa o enlace WAN. 8

9 Revisão Redes Estatísticas = Rede de Pacotes Permite que um equipamento a elas conectadas possa receber e transmitir dados a vários equipamentos, utilizando para isso um único meio físico de comunicação. Os dados são alocados neste meio estatisticamente. Ex. Redes X25, Frame Relay, MPLS, ATM. Redes Dedicadas = Redes Ponto a Ponto Permite apenas uma conexão através o meio físico de transmissão. Ex. Redes PPP, Redes HDLC (Cisco), etc. 9

10 Revisão Circuito Dedicado roteador roteador roteador roteador 10

11 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) É um protocolo do tipo orientado a bit (bitoriented) que atua na camada de Enlace (camada 2); Foi inicialmente desenvolvido pela OSI como protocolo genérico para transmissão de dados; Por ser de fácil implementação e simplicidade, sua estrutura é amplamente utilizado por outros protocolos, como PPP e o Frame-Relay; 11

12 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) As principais vantagens do HDLC são: Detecção de erros na camada de enlace; Compatibilidade com diversos protocolos; Amplamente utilizado e conhecido, podendo ser implementado por software e hardware; Pode ser utilizado em links dedicados ou discados, em modo síncrono ou assíncrono. 12

13 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) Por ser um protocolo bit-oriented, um frame HDLC é inicializado e terminado por uma seqüência de bits chamada de flag. O flag utilizado é o 7E ou ( ); Além dos flags, o frame também contém outras informações como FCS (Frame Check Sequence), que é responsável pela detecção de erros. 13

14 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) Bits >=0 16 ou 32 8 Campo Flag Address Control FLAG ADDRESS * CONTROL * INFORMATION * Descrição FCS * FLAG Seqüência especial de bits responsável pela identificação do começo e fim de um frame. Usado para identificar diferentesterminais que compartilham de uma mesma linha. Usado para diferentesfunções, entre elas identificação do tipo de frame, encadeamento de frames, controle de informação. Information Informação a ser transportada FCS Também chamado de CRC (CyclicRedundancyCheck),pode ter 16 ou 32 bits, que são calculados antes do envio do frame por meio de um algoritmo que usa os campos address, control, protocole information. É por meio do FCS que a ocorrência de erros é detectada, e caso haja alguma diferença entre FCS enviado e o FCS calculado, o frame é descartado. 14

15 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) O bit-stuffing é usado apenas em links síncronos e funciona da seguinte maneira: logo após a construção do frame e o FCS calculado, os bits de inicio e fim são analisados; Caso uma seqüência de 5 bits 1 for encontrado no meio dos dados, um bit 0 é adicionado ao frame após o 5º bit substituindo o 1; No lado remoto o processo contrário é feito para o recebimento do frame. 15

16 2.1 HDLC (HighLevelData Link Control) Existe também a utilização do octet-stuffing, que é utilizado em links síncronos e assíncronos (Conexão Dial-up); Funciona da mesma forma que o bit-stuffing, porém caso o byte 7E seja encontrado será trocado pelo byte 7D; O protocolo HDLC foi a base para o desenvolvimento do protocolo PPP e as conexões Dial-up. 16

17 2.2 SLIP (Serial LineInternet Protocol) Criado para encapsular e enviar pacotes IP por meio de linhas seriais; Teve sua utilização voltada para conectar estações Unix por meio de conexões dial-up; Por ser um protocolo muito simples, o SLIP é muito limitado e apresenta muitas deficiências como: Não fazer detecção e correção de erros; Suportar apenas IP; Possui muitas implementações diferentes e incompatíveis entre sí. 17

18 2.2 SLIP (Serial LineInternet Protocol) O funcionamento do SLIP se resume em adicionar o flag C0 ( ) no final do pacote IP para montar o seu frame; De maneira similar ao HDLC, o SLIP utiliza octet- stuffing para identificar o início e fim do pacote. 18

19 2.3 PPP (Point to Point Protocol) É o protocolo criado para transportar datagramas IP na conexão entre dois pontos; Mesmo tendo sido criado para transportar datagramas IP, também tem a capacidade de transportar outros protocolos como IPX\SPX, AppleTalk etc.; Amplamente utilizado em conexões do tipo dialupedsl; 19

20 2.3 PPP (Point to Point Protocol) 20

21 2.3 PPP (Point to Point Protocol) Neste protocolo são definidos 3 processos ou funções principais: LCP (Link Control Protocol), estabelece a conexão, configura as opções de configuração do link, formato do encapsulamento, tipo de autenticação, tamanho dopacoteetestaacamada2(enlace). 21

22 2.3 PPP (Point to Point Protocol) Autenticação de usuário PAP: Identificado pelo protocolo C023, funciona de maneira bem simples verificando apenas o nome do usuário e senha. CHAP: Identificado pelo protocolo C323, utiliza o algoritmo MD5 no processo de autenticação. EAP: Identificado pelo protocolo C227, é amplamente flexível permitindo a utilização de vários tipos de recursos quantas vezes for necessário antes de concluir por completo a autenticação. 22

23 2.3 PPP (Point to Point Protocol) NCP (Network Control Protocol): Responsável por estabelecer, configurar e prover métodos de encapsulamento para diferentes protocolos da camada 3 (rede), que pode ser utilizada em conjunto comoppp. O NCP começa a partir do momento em que a negociação do LCP foi estabelecida. 23

24 2.3 PPP (Point to Point Protocol) CABEÇALHO TCP DADOS Camada 4 Transportes CABEÇALHO IP DADOS Camada 3 Rede CABEÇALHO PPP DADOS Camada 2 Enlace 24

25 2.3 PPP (Point to Point Protocol) FLAG ADDRESS 1 byte CONTROL 1 byte PROTOCOL 2 byte DADOS CHECKSUM 2 ou 4 bytes Campo Flag Address Control Protocol Dados CheckSum Descrição Possui sempre o valor (7Eh)e é usado para indicar o início doquadro O protocolo PPP não define nenhum sistema de endereçamento(já que só há um único possível receptor). Por isso esse campo é sempre colocado (FFh). Sempre possui o valor (03h), que indica transmissão de dados. Define o protocolo responsável pelo datagramaencapsulado dentro do quadro PPP. Para o TCP\IP, esse campo possui o valor 0021h. Tipicamente possui o tamanho máximode bytes. Pode ser implementado permitindo o aumento do seu tamanho. Pode ser de 16 bits (2 bytes) ou 32 (bytes),dependendo da implementação do PPP. 25

26 2.4 X.25 Em resposta ao preço das linhas privadas, os provedores de telecomunicações introduziram as redes comutadas por pacotes, usando linhas compartilhadas para reduzir custos. A primeira dessas redes comutadas por pacotes foi padronizada como o grupo de protocolos X.25. O X.25 oferece uma capacidade variável compartilhada com baixa taxa de bits, que pode ser tanto comutada como permanente. 26

27 2.4 X.25 È um padrão que define conexão entre um terminal e uma rede por comutação de pacotes; O X.25 surgiu no início dos anos 70, sendo que a indústria utiliza o termo X.25 para se referir a toda a família de protocolos; O X.25 trabalha com conceitos de tunelamento e circuitos virtuais. O X.25 também pode ser montado em links permanentes. 27

28 2.4 X.25 As redes X.25 usam a técnica de comutação de pacotes com circuitos virtuais, definem 3 níveis: Physical Level, Link Access Level e Packet Level. O nível físico especifica uma interface DTE/DCE idêntica à das redes X.21(Redes de comutação de circuitos). Esta interface funciona em modo síncrono com um total de 7 ligações elétricas e conectores de 15 pinos. As taxas de transmissão suportadas mais comuns são as deaté64kbps. 28

29 2.4 X.25 O nível de ligação lógica ("Link Access Level") do standard X.25 usa o LAP-B ("Link Access Protocol - Balanced"), trata-se de uma variante do HDLC em modo assíncrono balanceado(abm). Proporcionando controle de fluxo e erros entre nós através do protocolo de janela deslizante. O nível de pacote ("Packet Level") define os serviços de circuitos virtuais. São usados dois tipos de circuito virtual: 29

30 2.4 X.25 Temporários: virtual call ou switched virtual circuit (SVC), são estabelecidos pelos nós e quando já não são necessários são desactivados. Permanentes: Permanent Virtual Circuit (PVC), são previamente estabelecidos durante a inicialização da rede. Estão sempre disponíveis sem a necessidade de estabelecimento, contudo são fixos entre dois nós, não podendo ser alterados. 30

31 2.4 X.25 NívelFísico:Aespecificação X21éamaisusada emrede X25. Pode ser adotado outros padrões de conexões físicas como o V24 (para baixas velocidades) e o V35 (para velocidade maiores). O X21 utiliza um conector de 15 pinos(db15) para comunicação entre DCE e DTE. Nível de Enlace: Tem o objetivo de iniciar, verificar, controlar e encerrar as transmissões entre os DTE s e DCE s da rede, entregando os pacotes gerados pelo meio físico ao nível de rede. Utiliza o protocolo LAPB para fazer esta função de controle de link. Nível de Rede: Realiza o endereçamento fim a fim utilizando um padrão de endereçamento X121. Define as características da conexão entre DTE s. 31

32 2.4 X.25 32

33 2.5 Frame Relay O que é? O Frame Relay é uma tecnologia de comunicação de alta performance que é usada em muitas redes ao redor do mundo para interligar aplicações do tipo LAN, Internet e Voz. A tecnologia Frame Relay fornece um meio para enviar informações através de uma rede de dados, dividindo essas informações em frames (quadros) ou packets (pacotes). Cada frame carrega um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino. 33

34 2.5 Frame Relay A tecnologia Frame Relay utiliza uma forma simplificada de chaveamento de pacotes, que é adequada para computadores e servidores que operam com protocolos inteligentes, tais como SNA e TCP/IP. Isto permite que uma variedade de aplicações utilize essa tecnologia, aproveitando-se de sua confiabilidade e eficiência no uso de banda. 34

35 2.5 Frame Relay 35

36 2.5 Frame Relay É protocolo de comutação de pacotes que opera com blocos de dados de tamanhos variados, chamados frames. Cada frame carrega um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino. AtuanaCamadadeEnlacedoModeloOSI ÉumaevoluçãodoX25. Desenvolvido para atuar em linhas de maior velocidade e melhor qualidade, o que elimina a necessidade freqüente de retransmissões dos pacotes Não possui Confirmação de Entrega de Pacotes e Controle de Erro Permite trafegar Dados, Voz, Vídeo e outros protocolos 36

37 2.5 Frame Relay APLICAÇÃO APRESENTAÇÃO SESSÃO TRANSPORTE REDE ENLACE FÍSICA FRAME RELAY FÍSICA 37

38 2.5 Frame Relay Quando ocorre um erro, o pacote é descartado; O protocolo da camada superior (TCP, por exemplo), irá atuar solicitando a retransmissão; Assim, todo o controle de confirmação de entrega e controle de erro é realizado pelos protocolos das camadas superiores; O Frame Relay, por este motivo, é considerado um protocolo rápido; O Frame Relay foi desenvolvido para ser implantado em meios de transmissão de alta velocidade com baixa taxa de erro; 38

39 2.5 Frame Relay Vantagem X Desvantagem Custo de propriedade reduzido (equipamentos mais simples); Padrões estáveis e largamente utilizados, o que possibilita a implementação de plataformas abertas e plug-and-play; Overhead reduzido, combinado com alta confiabilidade; Redes escaláveis, flexíveis e com procedimentos de recuperação bem definidos; Interoperabilidade com outros protocolos e aplicações, tais como ATM e TCP/IP. 39

40 2.5 Frame Relay Vantagem X Desvantagem Entretanto, para as vantagens do Frame Relayserem efetivas, 2 requisitos devem ser atendidos: Os equipamentos de usuário devem utilizar aplicações com protocolos inteligentes, que controle o fluxo das informações enviadas e recebidas; A rede de transporte deve ser virtualmente a prova de falhas. 40

41 2.5 Frame Relay Tipos de Configurações PermanentVirtual Circuit(PVC) Mais comum tanto para operadoras e redes privadas. Switched Virtual Circuit(SVC) Comum em redes privadas. 41

42 2.6 ATM O ATM, também chamado de Cell Relay, é uma técnica de transmissão, transporte e multiplexação baseada em células de tamanho fixas projetado especialmente para altas taxas. Com o avanço da Internet na década de 90, surgiu a necessidade do desenvolvimento de um padrão que permitisse principalmente a integração dos serviços e transportes dos mesmo em redes de alta velocidade. 42

43 2.6 ATM Pacotes de tamanhos fixos chamados células; Utiliza circuitos lógicos estruturados canais e rotas (VP evc)quepodemutilizarummesmomeiofísico; Múltiplos serviços em uma única plataforma: voz, dados, vídeo, som de alta qualidade, multimídia, etc. Interoperabilidade com redes SDH e demais protocolos deredewan; Possibilidade de utilização em redes LAN s; Garantia de Serviço(QoS); 43

44 2.6 ATM Célula ATM Cada célula ATM possui tamanho fixo e único de 53 octetos (53 bytes) 48 bytes são reservados para transporte da informação útil 5 bytes são utilizados no cabeçalho 44

45 2.6 ATM 45

46 2.6 ATM Vantagensdacélula? A principal vantagem da utilização de células de tamanho fixo está na maior facilidade de tratamento dado por hardwares baseados em chaveamento (switches), quando comparado à quadros de tamanhos variáveis. A desvantagem está na maior quantidade de cabeçalhos acarretando um enorme overhead no meio de transmissão chamado de cell tax. Em conexões de alta velocidade isto é pouco relevante, ao contrário de circuitos mais lentos como 56-64kb/s ou DS-1 e E1. 46

47 Célula tipo UNI (User Network Interface) 2.6 ATM 1 GFC VPI 1 Célula tipo NNI (Network Network Interface) VPI 2 VPI VCI 2 VPI VCI 3 VCI 3 VCI 4 VCI PTI CLP 4 VCI PTI CLP 5 HEC 5 HEC Célula ATM Informação Útil 48 bytes ( Pay Load) Informação Útil 48 bytes ( Pay Load) LEGENDA GFC: Generic Flow Control 4 bits na célula UNI, ou 0 bits na célula NNI VPI: Virtual Path Identifier 8 bits na célula UNI, ou 12 bits na célula NNI VCI: Virtual Channel Identifier 16 bits PTI: Payload Type Identifier 3 bits CLP: Cell Loss Priority 1 bit HEC: Header Error Correction 8 bits TOTAL: 40 bits (5 bytes) 47

48 2.6 ATM UNI x NNI 48

49 2.6 ATM CÉLULA ATM Generic Flow Control (GFC) é formado pelos 4 primeiros bits do primeiro octeto do cabeçalho, e é usado em funções de controle de tráfego entre estação terminal e rede, com significado, portanto, apenas na interface UNI. Payload Type Identifier- PTI identifica o tipo de informação contido no campo de informação da célula (de usuário, de sinalização ou de manutenção) 49

50 2.6 ATM CellLossPriority CLP-formadodeumbitedefineum mecanismo de prioridade no descarte de células quando surgem problemas de congestionamento devido a transbordos de buffers em switch ATM. As células com o bit de CLP setado (células de baixa prioridade) poderão ser descartadas pela rede, enquanto células com o bit CLP não setado (células de alta prioridade) não serão descartadas na medida do possível. Header Error Correction- HEC- detecção e correção de erro de cabeçalho. Os oito bits do HEC implementam um mecanismo do tipo Cyclic Redundancy Check (CRC- 8) 50

51 2.6 ATM Uma rede ATM é fundamentalmente orientada a conexão. Isto significa que uma conexão virtual necessariamente deve ser estar estabelecida através da rede ATM antes de qualquer transferência de dados. A tecnologia ATM oferece dois tipos de conexão de transporte quesecompletam:virtualpath VP evirtual Channels VC. Um VC virtual circuit ou channel, é um acesso unidirecional feito da concatenação de uma sequência de elementos de conexão. Um VP virtual path ou caminho virtual, consiste de um grupo destes canais. Sendo assim, para cada VP existem vários VCs. 51

52 2.6 ATM Identificadores VPI e VCI -identificador de rota virtual VPI e o identificador de canal virtual VCI que está sendo utilizado na conexão 52

53 2.6 ATM Uma VCC Virtual channel connection ou conexão com canal virtualéadesignaçãoparaumaconexãofimafim. Uma VPC virtual path connection ou conexão de caminho virtual identifica um conjunto de VPs roteados em conjunto. UMA VPI virtual path identifier ou identificador do caminho virtual UM VCI virtual channel identifier ou identificador do canal virtual 53

54 Serviços ATM 2.6 ATM Diferentes serviços convergem para conexões virtuais distintas em um mesmo meio físico Taxa Taxa Taxa Taxa Tempo Tempo Tempo Tempo CBR Canal virtual com taxa de bit constante (baixa) CBR Canal virtual com taxa de bit constante (alta) VBR Canal Virtual com taxa de bit varável ABR Canal virtual com taxa de bit em rajada (Avaiable Bit Rate) Nível AAL segmentação e remontagem MUX Nível ATM multiplexação e rede de transporte Célula ATM Nível Físico STM Sinchronous Transfer Mode (SDH/SONET) 54

55 2.6 ATM CBR (Constant Bit Rate) Taxa de Bits Constante É aplicado a conexões que necessitam de banda fixa (estática) devido aos requisitos de tempo bastante apertados entre a origem e o destino. Aplicações típicas deste serviço são: áudio interativo (telefonia), distribuição de áudio e vídeo (televisão, payperview, etc), áudio e vídeo on demand, etc. Baixo retardo (250µs) Baixa perda de células 55

56 2.6 ATM VBR (VariableBit Rate) Taxa de Bits Variável Pode ser de tempo real (rt-vbr) ou não (nrt-vbr) rt-vbré aplicado a conexões que tem requisitos apertados de tempo entre origem e destino, porém a taxa de bits pode variar. Aplicações típicas deste serviço são voz com taxa variável de bits e vídeo comprimido (MPEG, por exemplo). nrt-vbrdestina-se a conexões que, embora críticas e com requisitos de tempo apertados, podem aceitar variações na taxa de bits. Aplicações típicas deste serviço são emulação de LAN s em ATM e interação com redes Frame Relay Baixa perda de células 56

57 2.6 ATM ABR (Available Bit Rate) Taxa de Bits Disponível Define uma taxa de transferência mínima, e a taxa aumenta automaticamente se a rede estiver descongestionada Aplicado em conexões que transportam tráfego em rajadasque podem prescindir da garantia de banda, variando a taxa de bits de acordo com a disponibilidade da rede ATM. Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes (com protocolo TCP/IP, entre outros), emulação de LAN sem ATM, Frame Relaye redes ADSL. 57

58 2.6 ATM UBR (Unspecified Bit Rate) Taxa de Bits não especificada Não garante nenhuma velocidade de transferência, isto é, a velocidade não é definida Aplicado a conexões que transportam tráfego que não tem requisitos de tempo reale cujos requisitos e atraso ou variação do atraso são mais flexíveis. Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes e a emulação de LAN sque executam a transferência de arquivos e s. Sem garantia de baixo retardo e de perda de células 58

59 2.6 ATM 59

60 2.6 ATM Redes Corporativas LAN 60

61 2.6 ATM Redes IP 61

62 2.6 ATM Interligação de Sistemas Legados 62

63 2.6 ATM 63