Redes de Computadores

Transcrição

1 3. Camada de Enlace de Dados DIN/CTC/UEM 2008

2 Funções Principais Lidar com erros de transmissão Regular o fluxo de dados :

3 Funções Principais Divide informação em quadros: Verifica se quadros chegaram corretamente Caso contrário: Descarta quadro e Solicita retransmissão somente do quadro e não de toda a informação Serviços oferecidos à Camada de Rede: Serviço sem conexão e sem confirmação Serviço sem conexão com confirmação Serviço orientado a conexões com confirmação

4 com Contador (a) recepção sem erros (b) recepção com erros

5 com Byte Stuffing (a) quadro delimitado por flag bytes (b) exemplos de seqüências de bytes antes e depois do stuffing

6 com Bit Stuffing Permite caracteres com qualquer número de bits Cada quadro começa e termina com uma seqüência padrão Exemplo: Caso o padrão aconteça no campo de dados, bits são incluídos para quebrar a seqüência (a) seqüência original (b) seqüência após bit stuffing (c) seqüência após de-stuffing

7 Detecção e Correção de Erros Existem códigos detectores de erros e códigos detectores e corretores de erros Código adicionam redundância Seja k o número de bits de informação Seja r o número de bits adicionados para proteção Seja n = k + r o número total de bits Portanto, das 2 n palavras possíveis utilizam-se apenas 2 k Hamming Distance (Distância Hamming) = D H (w 1, w 2 ) Número de bits diferentes entre as palavras w 1 e w 2 A Distância Hamming de um código é a menor distância d entre quaisquer duas palavras do código Detecção de n bits errados Distância Hamming do código = n + 1 Correção de n bits errados Distância Hamming do código = 2n + 1

8 Paridade Acrescenta 1 bit à palavra de informação de maneira que o número de bits com valor 1 na palavra transmitida fique par (ou impar) Exemplo: = (para paridade par) Exemplo: = (para paridade ímpar) No receptor, a informação recebida está errada quando o número de bits com valor 1 na palavra recebida não corresponde ao esperado A Distância Hamming deste código é d = 2 e portanto capaz de detectar erro em 1 bit, mas incapaz de corrigir qualquer erro

9 Repetição Repete cada bit n vezes Exemplo (com n = 3): = 111 No receptor, se os bits não aparecem em trincas significa erro A Distância Hamming do código é d = 3 e portanto ele é capaz de detectar erros em até 2 bits e corrigir erro em 1 bit Exemplos para transmissão de 111: Erro em 1 bit: Recepção de 110 é corrigido para 111 e é corretamente decodificado como bit de informação 1 Erro em 2 bits: Recepção de 100 é corrigido para 000 e é incorretamente decodificado como bit de informação 0 Código ineficiente (neste caso, reduzindo a vazão em 3 vezes ou redundância de 67% para apenas d = 3)

10 Códigos de Hamming Códigos de bloco criados por Richard Hamming, com distância d = 3 (portanto corrige erros em 1 bit e detecta erros em até 2 bits) Bits de redundância = r (r 2) Bits de informação = k = 2 r r 1 Comprimento total = n = k + r = 2 r 1 Exemplos: r = 2, n = 3 e k = 1 (redundância de 2/3 67%) r = 3, n = 7 e k = 4 (redundância de 3/7 43%) r = 4, n = 15 e k = 11 (redundância de 4/15 27%) r = 10, n = 1023 e k = 1013 (redundância de 10/1023 1%) Eficiência do código aumenta com o comprimento Posição dos bits: Bits de redundância = múltiplos de 2 = 1, 2, 4, 8,... Bits de informação = demais posições

11 Códigos de Hamming Exemplo: Código de Hamming com n = 15, k = 11 e r = 4 posição bits p 1 p 2 d 1 p 3 d 2 d 3 d 4 p 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10 d 11 informação d i paridade p 1 X X X X X X X X paridade p 2 X X X X X X X X paridade p 3 X X X X X X X X paridade p 4 X X X X X X X X transmitido recebido paridade p 1 E X X X X X X X paridade p 2 E X X X X X X X paridade p 3 X X X X X X X X paridade p 4 E X X X X X X X corrigido

12 Cyclic Redundancy Check (CRC) O que é melhor: corrigir ou apenas detectar? Exemplo: Enlace com taxa de erro de bit de 10 6 (1 bit errado a cada 10 6 = ) Comunicação em blocos de 1000 bits Correção de erros simples: Utilizando Código de Hamming, r = 10, n = 1023 e k = 1013 Custo da correção de aproximadamente 1% Detecção de erros simples: Utilizando 1 bit de paridade por bloco, custo de 0,1% Retransmissão de blocos errados (1 a cada 1000 blocos), custo de 0,1% Custo total de 0,2%

13 CRC Códigos cíclicos utilizados na detecção de erros Produz um checksum que é enviado com a informação Consegue detectar: qualquer polinômio de erro E(x) que não é divisível por G(x) qualquer erro simples desde que o polinômio gerador G(x) tenha 2 ou mais termos qualquer erro duplo cuja distância seja menor que a ordem de G(x) qualquer erro de um número ímpar de bits desde que G(x) seja múltiplo de (x + 1) erros em rajadas com comprimento até a ordem de G(x) desde que G(x) tenha o termo x 0

14 CRC Representação Código descrito pelo polinômio gerador G(x) de ordem r Informação descrita pelo polinômio M(x) Operações em módulo 2, sem empréstimo na subtração ou carregamento na adição Operação Acrescentar r bits 0 ao polinômio M(x), isto é, x r M(x) Realizar a divisão x r M(x)/G(x) e transmitir o resto desta operação junto com a informação

15 CRC

16 CRC

17 Specification and Description Language (SDL) Recomendação ITU Z.100 Linguagem de especificação para sistemas reativos distribuídos, inicialmente para sistemas de telecomunicações, mas que hoje tem aplicação mais ampla Possui representação gráfica e textual Possui linguagem formal para especificação clara, precisa e sem ambigüidades Pode ser utilizada em ferramentas de geração automática de código Pode ser utilizada em ferramentas de simulação de sistemas Define padrão público (não proprietário)

18 SDL: Sistema Sistema é composto de blocos conectados por canais Canais carregam sinais entre blocos e com o exterior

19 SDL: Bloco Bloco é composto de processos conectados por canais Canais carregam sinais entre processos e com o exterior

20 SDL: Processo Processo contém a máquina de estados Processo consome e produz sinais (consome estímulos e produz respostas)

21 SDL: Processo Processo contém tarefas, decisões e procedimentos

22 SDL: Procedimento Procedimento é equivalente a subrotinas

23 Message Sequence Chart (MSC) Utilizado para mostrar o comportamento dinâmico do sistema através de seqüências de mensagens

24 Protocolo Simplex Sem Erros e Sem Restrições único único pacote quadro quadro pacote - - Transmissor Receptor

25 Protocolo Simplex Stop-and-Go Sem Erros vazio espera vazio pacote ack pacote ack quadro quadro - trata erro confirma ack espera espera vazio pacote Transmissor - Receptor

26 Protocolo Simplex Stop-and-Go Com Ruído seq = -1 vazio espera pacote * pacote ack timeout incr(seq) quadro (seq) inicia tempor. - trata erro espera cancela tempor. cancela N cnt_tx < transm. max? confirma vazio falha vazio S quadro (seq) inicia tempor. cnt_tx = cnt_tx + 1 cnt_tx = 1 Transmissor - espera Receptor não mostrado; receptor deve detectar recepção duplicada do mesmo quadro

27 Melhorias Transmissão bi-direcional Piggybacking: espera um pacote de dados para embutir e enviar o ACK Quanto tempo esperar por esse pacote de dados? Fazer pacote de ACK curto (sem campo de dados)

28 Janelas Deslizantes Janela de comprimento n Transmissor precisa de buffer com n posições para quadros pendentes (sem recebimento de ACK) Transmissor envia até que, no máximo, n pacotes fiquem pendentes Envia até pacote número (acked + n) Numeração dos pacotes em formato circular Numeração de 0 até n Recebimento de ACK para pacote m implica em acknowledgement de todos os pacotes anteriores Veja exemplo de código no livro texto

29 Janelas Deslizantes Exemplo para n = 7

30 Janelas Deslizantes

31 Go-Back-N e Retransmissão Seletiva (a) Go-back-n (b) Retransmissão seletiva

32 High-level Data Link Control (HDLC) Desenvolvido pela ISO, base para o LAPB (Link Access Protocol, Balanced) da ITU Desbalanceado: configuração onde existe uma estação principal que controla o enlace Balanceado: inexistência da relação mestre-escravo, isto é, qualquer estação pode iniciar a comunicação Orientado a bit, com utilização de bit stuffing Modos Normal Response Mode (NRM): modo desbalanceado onde estações secundárias somente transmitem se autorizadas pela estação principal; pode ser ponto-a-ponto ou multiponto Asynchronous Response Mode (ARM): modo desbalanceado que permite à estação secundária iniciar a comunicação Asynchronous Balanced Mode (ABM): enlaces full-duplex ponto-a-ponto; utilizado no X.25

33 High-level Data Link Control (HDLC) Estrutura do quadro Flag: delimita o quadro Address (Endereço): desnecessário em linhas ponto-a-ponto (utilizado para distinção entre comandos e respostas) Control (Controle): identifica tipo de quadro, inclui número de seqüência e outros controles Data (Dado): quando presente, contém informação de usuário Checksum: contém redundância do tipo CRC

34 High-level Data Link Control (HDLC)

35 High-level Data Link Control (HDLC) Quadros de supervisão Receive Ready (RR): usado para o confirmação positiva Reject (REJ): confirmação negativa Receive Not Ready (RNR): controle de fluxo Selective Reject (SREJ): solicita retransmissão do quadro especificado Quadros não numerados Disconnect (DISC): desconectar o enlace Set Asynchronous Balanced Mode (SABM): solicitação para estabelecimento de enlace balanceado Set Normal Response Mode (SNRM): estabelecer enlace desbalanceado Unnumbered Acknowledgement (UA): confirmação genérica de recebimento Unnumbered Information (UI): informação genérica de camada 2

36 High-level Data Link Control (HDLC)

37 High-level Data Link Control (HDLC)

38 High-level Data Link Control (HDLC)

39 Point-to-Point Protocol (PPP) Descrito pela RFC 1661 Utilizado na transmissão de pacotes sobre cabo serial, linha telefônica, telefone celular, enlace de rádio ou fibra ótica Composto por 3 partes: Encapsulamento de datagramas Link Control Protocol (LCP) Network Control Protocol (NCP) Encapsulamento: Baseado no HLDC (exceto que orientado a bytes) Protocolo: especifica o protocolo (LCP, NCP, IP, etc.) Checksum: para detectar quadros com erros (similar ao CRC, com 16 ou 32 bits)

40 Link Control Protocol (LCP) Estabelecer, configurar, manter, terminar e testar o enlace de dados Usado para: Iniciar e terminar a conexão Formato de encapsulamento Limites de tamanho dos pacotes Detectar erros de configuração Detectar loops infinitos Opcionalmente: Autenticação de identificação Password Authentication Protocol (PAP) Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP) Verificação da qualidade do enlace

41 Network Control Protocol (NCP) Composto por uma família de protocolos que se ajustam ao protocolo de rede utilizado Exemplos: Internet Protocol Control Protocol (IPCP): utilizado para IP Internetworking Packet Exchange Control Protocol (IPXCP): utilizado para IPX NetBIOS Frames Control Protocol (NBFCP): utilizado para NBF IP Version 6 Control Protocol (IPv6CP): utilizado para IP versão 6

42 Estados do PPP