Camada de Enlace. OSI x IEEE. Arquitetura IEEE 802. Redes. Nível de Enlace: Controle de Erros e Fluxo Multiplexação

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1 Camada de Enlace Redes Nível de Enlace: Controle de Erros e Fluxo Multiplexação Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Delimitação e transmissão de quadros Detecção de erros Controle de Acesso Correção de erros que por ventura ocorram no nível físico (opcional) Controle de fluxo (opcional) Multiplexação (opcional) 1 Prof. Sérgio Colcher colcher@inf.puc-rio.br 2 OSI x IEEE Arquitetura OSI Aplicação Apresentação Sessão Arquitetura IEEE 82 Transporte Rede Enlace Físico Arquitetura IEEE LLC MAC Físico 3 4

2 Padrões IEEE 82.X Camada de Controle de Enlace Lógico SEGURANÇA 82.1 VISÃO GERAL E ARQUITETURA 82 GERENCIAMENTO PONTES LLC MAC Enlace Físico Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) Physical Layer (PHY) Independência da camada MAC LSAPs Multiplexação Controle de erros e de fluxo Tipos de Operação Classes de Procedimento 5 6 Controle de Erro Controle de Erros Detecção de erro Checksum CRC - Cyclic Redundancy Code Correção de erro recuperação do quadro original retransmissão do quadro com erro Stop-and-Wait ARQ Selective Repeat Go-Back-N 7 8

3 Controle de Erro: Protocolo Stop-and-Wait Intervalos de Timeout Quadro ACK ACK 1 Quadro ACK ACK 1 T Reconhecimento Quadro especial Controle de Erros: bit alternado (stopand-wait) Em enlaces bidirecionais: pode ser transportado de carona em um quadro de informação trafegando no sentido inverso Normalmente a carona é prevista pelo cabeçalho dos quadros normais de informação ACK 1 ACK Reconhecimento Negativo (opcional) Tentativa de melhorar a eficiência do Stop-and-wait No caso de recebimento de quadro com FCS errado, enviar alguma forma de reconhecimento negativo O transmissor não precisará esperar pelo timeout Reconhecimento negativo pode ser o ACK com o número trocado Pouco eficaz para o stop-and-wait É opcional O transmissor deve estar preparado para funcionar somente com o timeout Dessa forma, não é necessário tratar a perda do reconhecimento negativo 11 12

4 E E 3 1 E

5 E E E E

6 A2 1 E E A2 A2 A5 1 E E

7 TIMEOUT TIMEOUT A2 A5 A7 A2 A5 A7 1 E E É comum que protocolos de enlace com quadros especiais de reconhecimento que, ao invés do número do último quadro recebido, carreguem o número do próximo quadro a ser processado. Ao invés de ACK, chamaremos esses quadros de Request Number (RN). Não faz diferença se o protocolo especifica o envio de ACKs ou RNs, já que um ACK i é equivalente a um RN (i + 1). Uso de Reconhecimento Negativo Usando o reconhecimento negativo (NAK), é possível evitar que tantos quadros sejam transmitidos em vão antes que o timeout de um quadro seja atingido Inicio da retransmissão pode ser antecipado É opcional O transmissor deve estar preparado para funcionar somente com o timeout Dessa forma, não é necessário tratar a perda do reconhecimento negativo 27 28

8 Reconhecimentos (positivo e negativo) Quadros especiais Em enlaces bidirecionais podem ser transportados de carona (piggibacking) em quadros de informação trafegando no sentido inverso Normalmente a carona é prevista pelo cabeçalho dos quadros normais de informação E 31 32

9 4 1 E 3 1 E E E

10 E E A8 1 E E

11 A8 A8 1 E E TIMEOUT TIMEOUT A8 A9 A8 A9 1 E E

12 O transmissor funciona, essencialmente, da mesma forma que na retransmissão integral. Já o receptor, ao invés de descartar todos os quadros a partir da recepção de um quadro errado ou fora de ordem, guarda os quadros transmitidos corretamente e envia um ACK (ou RN) de todo o grupo recebido depois que o quadro ausente for retransmitido. Alternativa: Retransmissão Apenas dos Quadros Perdidos Alternativa ao Selective Repeat Básico ao invés de retransmitir todos os quadros a partir do quadro i que provocou o timeout, transmitir apenas o próprio quadro i, retomar a transmissão de quadros novos logo após essa retransmissão. Esse esquema funciona bem caso o erro (ou ausência) aconteça apenas em um único quadro da sequência (no caso, o quadro i). Caso contrário, um novo timeout será necessário para retransmitir cada um dos outros quadros da sequência que sofrerem algum erro, retardando ainda mais a recuperação Uso de Reconhecimento Negativo Usando o reconhecimento negativo (NAK), é possível evitar que tantos quadros sejam transmitidos em vão antes que o timeout de um quadro seja atingido Inicio da retransmissão pode ser antecipado É opcional O transmissor deve estar preparado para funcionar somente com o timeout Dessa forma, não é necessário tratar a perda do reconhecimento negativo Reconhecimentos (positivo e negativo) Quadros especiais Em enlaces bidirecionais podem ser transportados de carona (piggibacking) em quadros de informação trafegando no sentido inverso Normalmente a carona é prevista pelo cabeçalho dos quadros normais de informação 47 48

13 Rejeição Seletiva (Selective Reject) Variação do Selective Repeat Combinação as duas alternativas anteriores Uso de reconhecimento negativo + Retransmissão apenas dos quadro perdidos Ao receber um NAK i (ou atingir o timeout do quadro i), o transmissor retransmite apenas o quadro i e volta a transmitir novos quadros. Caso outro quadro da sequência esteja faltando, outro NAK será enviado, evitando a espera por um novo timeout. Mais uma vez, qualquer perda de NAK é automaticamente tratada pelo timeout. Variação do Selective Reject Envio de uma lista de números (ao invés de um único número) por NAK, correspondendo à confirmação negativa de todos os quadros presentes na lista. Ao receber um NAK j,k,l, por exemplo, Retransmite apenas os quadros presentes na lista (no caso, os quadros j, k e l) Depois retoma a transmissão de quadros novos do ponto em que havia parado antes de iniciar a sequência de retransmissões Controle de Fluxo Protocolo Stop-and-Wait Regula o fluxo de quadros entre transmissor e receptor Resolve o problema de diferença de velocidade de processamento entre transmissor e receptor Quadro ACK Quadro ACK Não permite que uma estação transmissora mais rápida sobrecarregue uma estação receptora ACK 1 ACK 1 T Técnicas: Quadro Quadro Stop-and-Wait ACK ACK Sliding Window ACK 1 ACK

14 Controle de Fluxo Quadro Quadro 2 Quadro 3 ACK 3 Quadro Quadro 2 Quadro 3 ACK 3 Quadro 4 Quadro 4 Quadro Quadro Quadro 2 Quadro 2 T ACK 2 ACK Janela Deslizante (Sliding Window) Estabelece um número de quadros máximo que o transmissor pode enviar sem receber uma liberação do receptor. Determina o que se denomina o tamanho da janela de controle de fluxo. Se a janela estabelecida entre o transmissor e o receptor tem tamanho T, o transmissor poderá transmitir até T quadros sem que o receptor tome qualquer atitude. ao atingir o limite de T quadros, o transmissor será obrigado a parar e esperar por uma liberação de espaço de transmissão pelo receptor. Essa liberação será realizada pelo envio de algum quadro de controle do receptor, avisando estar pronto para receber mais quadros. É possível que protocolos de enlace aproveitem os quadros de reconhecimento como o ACK ou o RN para realizar a liberação (conhecida como deslize) do espaço da janela para novas transmissões, Note, que a janela de controle de fluxo é, a princípio, independente da janela de transmissão do controle de erros. Janela utilizada apenas para o controle do espaço de armazenamento dos quadros pendentes de reconhecimento no transmissor, não tendo, portanto, qualquer relação com o espaço para recebimento de quadros disponível no receptor. Usando o ACK (ou RN) para Deslize Uma das formas simples que um protocolo de enlace dispõe para abrir espaço para novas transmissões é utilizar o reconhecimento positivo (via ACK ou RN) como forma de aviso ao transmissor de que alguns quadros (os reconhecidos) foram consumidos no receptor Avisa que houve liberação de espaço no buffer de recepção e que novas transmissões podem ocorrer. O número de novas transmissões possível é exatamente o número de quadros reconhecidos

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16 Envia Ack de quatro quadros 63 64

17 Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros

18 Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros Recebe Ack de quatro quadros Envia Ack de quatro quadros Envia Ack de dois quadros Usando ACK para Deslize Recebe Ack de quatro quadros Recebe Ack de dois quadros 1 2 Envia Ack de quatro quadros Envia Ack de dois quadros 4 1 A janela de transmissão é um controle sobre os quadros já transmitidos e a transmitir. O primeiro quadro pertencente à janela é o primeiro dos quadros já transmitidos que ainda não foi reconhecido pelo receptor. Em outras palavras, é o primeiro dos quadros para o qual ainda se mantém uma cópia para retransmissão o primeiro para o qual um timeout pode ocorrer. O transmissor mantém uma variável para controlar o número desse quadro, que chamaremos de Número Pendente ou Pending Number (PN). Uma segunda variável armazena o número do próximo quadro a ser transmitido: Sequence Number (SN). O tamanho da janela é denominado T. O tamanho da janela de transmissão era independente do controle de fluxo, sendo responsável apenas por gerenciar o espaço de armazenamento do transmissor para quadros pendentes. ao sobrecarregar o ACK para fazê-lo indicar também a disponibilidade para receber novos quadros por parte do receptor, o tamanho T deverá ser sempre o menor valor entre o estabelecido para o limite de armazenamento local de quadros pendentes e o valor estabelecido em conjunto com o receptor como controle de fluxo 71 72

19 Usando o ACK para o Deslize Uso do ACK para o Deslize Exemplo para T = 8 Recebimento de um ACK 5 Quadros já reconhecidos Quadros já reconhecidos Janela de Transmissão (T ) PN SN PN + T Quadros enviados mas não reconhecidos (pendentes) (a) Janela de Transmissão (T ) PN SN PN + T Quadros enviados mas não reconhecidos (pendentes) (b) Quadros que ainda pode ser enviados Quadros que ainda pode ser enviados Um ACK i ou RN (i + 1) só pode ser enviado quando todos os quadros até o de número i foram recebidos corretamente e foram entregues ao nível superior, liberando espaço no buffer de recepção. O receptor não poderá enviar um reconhecimento apenas porque recebeu um quadro correto; ele deverá, além disso, esperar que o nível superior receba o quadro e o consuma, quando então, de fato, o buffer de recepção do enlace ganha espaço para receber um novo quadro. Duas funções combinadas Ao invés de ACK, chamaremos de Receiver Ready (RR) Contém o número do próximo quadro a ser processado (da mesma forma que o RN Problemas em usar o ACK para Deslize Há problemas em utilizar a liberação da janela vinculada ao reconhecimento da chegada correta dos quadros nem sempre o reconhecimento a chegada de um quadro válido possibilita, imediatamente, a liberação de espaço no buffer de recepção. No nível de enlace, é muito comum que a detecção de erros seja realizada de forma muito rápida, por um hardware especializado (como é o caso da detecção por CRC). Já a liberação do buffer depende da entrega do quadro ao nível superior, que pode demorar bem mais, já que depende de diversos fatores incluindo a própria disponibilidade da camada superior. Problemas em usar o ACK para Deslize O receptor, mesmo sabendo que alguns dos quadros foram recebidos corretamente, não pode enviar um reconhecimento enquanto de fato ele não entregar esses quadros à camada superior Caso enviasse, significaria, para o transmissor, mais espaço para a transmissão. Por outro lado, a demora demasiada no envio do reconhecimento de um quadro que chegou sem erros fará com que um timeout seja atingido no transmissor quadros (eventualmente sem erros) podem acabar sendo retransmitidos

20 Desvinculando o Reconhecimento do Deslize Uma das formas mais simples para diminuir o vínculo entre o controle de fluxo e o controle de erros é a adotada pelo HDLC e alguns de seus similares (como o LLC e o LAPB). Nesses protocolos, além, da mensagem RR, define-se uma nova mensagem denominada Receiver Not Ready (RNR), também carrega um número i, cujo significado é o de reconhecer a recepção correta de todos os quadros até o de número i 1 sem, contudo, liberar espaço para a transmissão de novos quadros. Ao contrário, o RNR sinaliza para o transmissor que ele deve suspender imediatamente as transmissões até segunda ordem. Apenas com posterior envio de um RR, o transmissor estará novamente habilitado para a transmissão de novos quadros. Multiplexação Multiplexação Formato da Unidade de Dados do Protocolo LLC (PDU LLC) Usuário Usuário Usuário SAP de ENLACE Usuário 1 2 Usuário ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) DSAP SSAP Controle Dados ENLACE ENLACE 8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits Físico Físico DSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC destino Rede SSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC origem 79 8