Arquiteturas de Redes de Computadores Material de apoio Camada de Enlace Cap.6 19/01/2012
2 Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título Comentário seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente. Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. :, 2004. TANEMBAUM, Andrew. Redes de Computadores. Editora Campus. :, 1997. TORRES, Gabriel. Redes de Computadores. Editora Axcel. :, 2001. Cap. 7 Guia Internet de Conectividade, Cyclades. RFC List : http://www.ietf.org/iesg/1rfc_index.txt. http://www.ualg.pt/fct/adeec/paginas_adeec/cursos/cadeiras/redes/. IEEE 802 - http://www.dee.ufpb.br/~rrbrandt/cursos/redes/protos.shtml. http://penta.ufrgs.br/gr952/trab1/2mibii.html.
3 O que é Nível 2 Enlace? (1/2) A camada de enlace é responsável por transferir os datagramas entre nós adjacentes através do enlace. link Hosts e Roteadores são nós. Canais de comunicação que conectam nós adjacentes ao longo de um caminho de comunicação são enlaces/link. Pacote da camada 2 é um quadro/frame que encapsula datagramas do nível 3.
4 O que é Nível 2 Enlace? (2/2) A camada de enlace fornece trânsito seguro de dados através de um link físico. Funções da camada de enlace: Do endereçamento físico (em oposição ao endereçamento lógico). Da topologia de rede. Do acesso à rede. Da notificação de erro. Da entrega ordenada de quadros e do controle de fluxo no enlace. Se você desejar se lembrar da camada 2 com o mínimo de palavras possível, pense em quadros e controle de acesso ao meio.
5 Enlaces e Protocolos de Acesso Múltiplo Existem três tipos de enlace: Ponto-a-ponto (um cabo único). Difusão (cabo ou meio de comunicação compartilhado. P.ex., Ethernet, rádio, etc.). Comutado (p.ex., E-net comutada, ATM, etc). Sistemas de comunicação cujo meio é compartilhado:
6 Diferenças entre Endereços IP e MAC Endereço IP de 32 bits: Endereços da camada de rede. usado para levar o datagrama à subrede IP destino. Tratado pelo roteador. Endereço MAC - Media Access Control (ou LAN, ou físico, ou Ethernet): Usado para levar o datagrama de uma interface até outra interface conectada fisicamente na mesma LAN. Endereço MAC de 48 bits (para a maioria das redes) está programado no adaptador de rede. Endereço MAC: 24 bits para identificar o fabricante da interface de rede. 24 bits é um nº sequencial gravado na placa de interface. Tratado pelo switch e pela bridge (ponte).
7 Protocolo de Enlace LAN: Ethernet Invenção em meados 1970. Inventores: Bob Metcalfe e David Boggs. Durante a década de 1980 disputou mercado com Token Ring, FDDI e ATM e se consolidou como líder. Razões para seu sucesso: Foi a 1ª LAN de alta velocidade (padrão IEEE 802.3). Token Ring, FDDI e ATM eram tecnologias caras e complexas (ETH era mais barata e quem já dominava a tecnologia preferia ficar na mesma). Ethernet foi evoluindo para velocidades cada vez maiores mas mantendo sua estrutura e funcionalidade (não existe muita motivação para mudar). Inicialmente usava cabo coaxial em barramento (10Base2 e 10Base5) e após, cabo de par trançado em topologia estrela usando Hubs e Switches (inicialmente 10BaseT).
8 Método de acesso CSMA/CD Método de Acesso: CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Colision Detection: acesso múltiplo por detecção de portadora com detecção de colisão. Regras de acesso: A transmissão só é iniciada se o transmissor percebe que não tem nenhuma transmissão no segmento de rede. Durante toda a transmissão, o transmissor monitora se não está ocorrendo colisão, isso é, se passar a ouvir um sinal diferente daquele que está transmitindo. Detectando colisão, a transmissão é interrompida imediatamente e um sinal de reforço de colisão de 48 bits é transmitido ( Jam signal ). A transmissão é retomada após o transcurso de um período aleatório ditado por um cronômetro interno à placa de rede. Esse tempo vai aumentando a cada nova colisão do mesmo pacote (veja próximo slide).
9 Switch: isolamento de tráfego Switch é um dispositivo de rede da camada 2 - enlace. Cada porta do Switch segmenta a LAN em um segmento de LAN Switch filtra os pacotes: Quadros do mesmo segmento de LAN não são normalmente encaminhados para os outros segmentos da rede LAN. Segmentos tornam-se domínios de colisão separados. Se for instalado um único dispositivo nas portas do Switch, não ocorrerá mais colisão de dados Ethernet. switch domínio de colisão hub hub hub domínio de colisão domínio de colisão
10 Auto aprendizado do Switch Um Switch possui uma tabela de comutação. Entrada na tabela de comutação: (Endereço MAC, Identificação da porta do Switch, Contador de Tempo de Inatividade). Entradas antigas na tabela são descartadas (esse tempo limite de inatividade pode ser de 60 min). O Switch aprende que hosts podem ser alcançados através de quais interfaces analisando o endereço MAC de origem de todos os pacotes Ethernet recebidos, registra essas informações internamente na Tabela de Comutação e ajusta o Contador de Tempo no tempo base (p.ex. 60 minutos). O Contador de Tempo é decrementado a cada segundo. Se chegar a zero, a informação da Tabela de Comutação referente àquele endereço MAC é deletado da tabela. O Switch lê o endereço MAC de destino dos pacotes Ethernet recebidos e procura onde ele deve ser encaminhado está usando informação da Tabela de Comutação.
11 Exemplo com Switch (1/2) Suponha que C envia quadro para D. switch 1 2 3 hub hub hub endereço Interface A B E G 1 1 2 3 A I B C D E F G H Switch recebe o quadro vindo de C. anota na tabela de comutação que C está na interface 1. como D não se encontra na tabela, encaminha o quadro para as demais interfaces: 2 e 3. Quadro é recebido por D.
12 Exemplo com Switch (2/2) Suponha que D responde com um quadro para C. A B C 1 switch 3 2 hub hub hub D F E G H endereço I A B E G C 1 1 2 3 1 interface Switch recebe o quadro vindo de D. anota na tabela de comutação que D está na interface 2. dado que C está na tabela, encaminha o quadro apenas na interface 1. O quadro é recebido por C.
13 Comparativo: Switch versus Roteador Ambos são dispositivos do tipo armazena-e-encaminha: Roteadores: dispositivos da camada de rede (examinam os cabeçalhos da camada de rede). Switches são dispositivos da camada de enlace (examinam os cabeçalhos da camada de enlace). Roteadores mantêm tabelas de roteamento e implementam algoritmos de roteamento. Switches mantêm tabelas de comutação e implementam filtragem usando algoritmos de aprendizado. Host Switch Roteador Host
14 Protocolo de Enlace WAN: PPP Protocolo da camada de Enlace (Nível 2). Conecta diretamente 2 nós em um enlace ponto-a-ponto. Possibilita transportar diferentes tipos de protocolos de rede. Usualmente utilizado no enlace de acesso a redes de uma forma mais simples e barata que o protocolo usado no núcleo da rede (p. ex. IP, X25, ATM,...). Fácil configuração através de negociação de parâmetros durante o estabelecimento da conexão. Não tem Correção de Erros: apesar do PPP detectar pacotes com erro, ele não os corrige. Não tem Controle de fluxo: os pacotes são recebidos na velocidade do link e entregues à camada superior do protocolo PPP (Rede). Ela é que deve tratar o controle de fluxo, caso essa função seja desejada.
15 Fases para a comunicação PPP Fase de Conexão inativa: o enlace está preparado para iniciar transmissão. É o estado onde começa e termina uma conexão PPP. Fase de Estabelecimento de Conexão (Configure Requests): troca de pacotes LCP Link Control Protocol que transportam opções que vão determinar o comportamento da conexão: formato, compressão, transparência de códigos, tamanho do pacote, autenticação. Fase de Autenticação (opcional): Processo de validação de login/ senha. Fase de Negociação de Parâmetros de Rede: troca de pacotes NCP Network Control Protocol. Para cada protocolo que o PPP transporta, os parâmetros que vão regular o transporte são definidos nessa fase (compressão, informação dos endereços IP). Aberto: Troca de pacotes de informação da aplicação. Encerramento: Desconexão dos recursos. Estados do protocolo
16 Comentário: PPPoE Point-to-Point Protocol over Ethernet: Protocolo para conexão de usuários em uma rede Ethernet a Internet. Uso típico nas conexões de um ou múltiplos usuários em uma rede LAN à Internet através de uma linha DSL, de um dispositivo wireless (sem fio) ou de um modem de cabo broadband comum (Cable Modem). PPPoE deriva do PPP. PPPoE estabelece a sessão e realiza a autenticação com o provedor de acesso a Internet.