Redes de Computadores Técnicas de comutação Escola Superior de Tecnologia e Gestão Instituto Politécnico de Bragança Maio de 2006 WAN s Wide Area Networks Uma WAN é uma rede dispersa por uma grande área física, sob o controlo de uma administração única e baseada em circuitos dedicados (exemplo: rede que interliga as filiais de uma organização multinacional) Tendo um número de hosts elevado, não é atractivo (em termos tecnológicos e económicos) manter a rede totalmente conectada: Entre n hosts são possíveis n(n-1)/2 ligações e cada host necessita de n-1 interfaces A maior parte das linhas estão inactivas durante longos períodos de tempo Técnicas de comutação Redes de Computadores 2 1
Mecanismos de comutação Alternativamente, usamse mecanismos de comutação (switching) em que os hosts passam a confiar numa rede de comutadores que se encarrega de encaminhar o tráfego até ao destino: Comutação de circuito Comutação de mensagens Comutação de pacotes Técnicas de comutação Redes de Computadores 3 Comutação de circuito Cada host possui uma linha dedicada até ao comutador mais próximo Quando dois hosts desejam comunicar é estabelecido um canal entre eles através da rede de comutadores Este processo de comunicação envolve três fases: Estabelecimento do circuito Transferência de dados Terminação do circuito Técnicas de comutação Redes de Computadores 4 2
Comutação de circuito fases (1) Estabelecimento do circuito Destina-se a estabelecer um circuito fim-a-fim entre a origem e o destino Exemplo de operação: A pede a 4 (através da linha dedicada que os une) uma ligação para E 4 deve decidir que nó contactar para estabelecer uma rota até 6; essa decisão baseia-se em informação e medidas acerca da disponibilidade de rotas, custos económicos, performance, etc. 4 decide continuar a rota até 5, para o que reserva um canal na ligação entre 4 e 5 e pede a 5 uma ligação para E Analogamente, 5 estende a rota até 6, que está directamente ligado ao destino E o qual é informado de que A pretende enviar dados Técnicas de comutação Redes de Computadores 5 Comutação de circuito fases (2) Transferência de dados Uma vez estabelecida a rota A 4 5 6 E, A assegura-se de que E está preparado e inicia a transferência de dados A ligação é geralmente full-duplex Terminação de circuito Por iniciativa de um dos extremos da comunicação, o outro é informado de que a ligação vai terminar e os comutadores intermédios desfazem o circuito (libertam os canais que mantinham reservados nas ligações entre si) Técnicas de comutação Redes de Computadores 6 3
Comutação de circuito Desvantagens O equipamento é caro e a sua qualidade não é necessariamente compatível com as exigências de uma rede de computadores Recursos envolvidos num circuito entre dois hosts são dedicados exclusivamente a esses hosts durante todo o tempo que dura a ligação Tempo gasto no estabelecimento da ligação pode ser demasiado longo para certas aplicações Vantagens Taxação depende apenas do tempo que dura a ligação e é independente do volume de tráfego Apropriada para dispositivos que precisam de uma ligação duradoura (onde o tempo gasto no estabelecimento da ligação acaba por se diluir) Técnicas de comutação Redes de Computadores 7 Comutação de Mensagens Redes parcialmente conectadas Impraticabilidade de operação de uma rede totalmente conectada Minimização do tempo gasto no estabelecimento dos circuitos Cada nó tem uma ou mais ligações permanentes com os vizinhos (mas não com todos) e a unidade de trocas de dados é a mensagem Técnicas de comutação Redes de Computadores 8 4
Comutação de Mensagens (2) Exemplo de operação A deseja enviar uma mensagem, a qual contém no cabeçalho o seu destino final (B) A pode entregar a mensagem aos nós vizinhos D ou C Supondo que A entrega a mensagem a D, este inspecciona a mensagem e verifica que o destino é B D sabe que por ele passa uma rota para B e por isso só tem que encaminhar a mensagem por essa rota Na realidade D está directamente ligado a B ao qual entrega a mensagem Funcionalidades Endereçamento: a mensagem tem um destino e espera-se que seja encaminhada até esse destino Store & Forward: cada nó tem a possibilidade de armazenar temporariamente uma mensagem antes de a encaminhar por uma saída que faça parte da rota até ao destino; um nó pode ainda solicitar a retransmissão de uma mensagem errada Técnicas de comutação Redes de Computadores 9 Vantagens sobre a comutação de circuitos Vantagens sobre a comutação de circuito: Não sendo necessário estabelecer previamente uma ligação, o emissor pode enviar uma mensagem em qualquer altura, confiando no mecanismo store & forward para que a rede a faça chegar ao destino Nós intermédios podem bufferizar as mensagens, logo as trocas de mensagens podem processar-se a diferentes velocidades Um canal entre dois nós só é usado durante o tempo de transmissão da mensagem, ficando livre de seguida; logo a multiplexagem entre nós é mais eficaz O mecanismo de store & forward permite o processamento das mensagens por prioridades É possível o broadcast de mensagens Técnicas de comutação Redes de Computadores 10 5
Desvantagens da comutação de mensagens Uma mensagem longa monopoliza o canal de transmissão o qual poderia ser usado para transmitir uma mensagem pequena mais urgente Não há garantias de entrega de uma mensagem (um nó pode não ter espaço em buffers suficiente para receber uma mensagem, a qual será desprezada) Se uma mensagem monopoliza o espaço em buffers de um nó porque, por algum motivo, não pode ser entregue, então esse nó não pode receber mais mensagens, sendo forçado a desprezar mensagens novas O tempo de uma mensagem em trânsito é variável Técnicas de comutação Redes de Computadores 11 Comutação de pacotes Uma mensagem é dividida em pequenos pacotes a enviar pela rede e a re-assemblar no destinatário Semelhante à comutação de mensagens mas introduz alguns benefícios: O tempo de uma mensagem dividida em pacotes é, potencialmente, menor Com pacotes pequenos o método store & forward é mais eficiente e fiável Se cada pacote de uma mensagem tiver um número de sequência, então os vários pacotes de uma mensagem podem seguir rotas alternativas Um determinado nó pode colocar numa saída qualquer combinação de pacotes, dado que cada pacote é identificado pela mensagem e número de sequência Técnicas de comutação Redes de Computadores 12 6
Comutação de pacotes - abordagens Circuito virtual Datagrama Técnicas de comutação Redes de Computadores 13 Abordagem do datagrama Cada pacote é tratado independentemente dos outros que constituem a mensagem Cada pacote sofre uma decisão de encaminhamento própria e por isso as rotas seguidas pelos vários pacotes de uma mensagem podem variar Os pacotes de uma mensagem podem chegar ao destino fora de ordem ou nem chegar Não se perde tempo numa fase de estabelecimento de ligação É uma abordagem flexível e adaptável às condições da rede Técnicas de comutação Redes de Computadores 14 7
Abordagem do circuito virtual É estabelecida uma ligação lógica entre a origem e o destino, que corresponde a uma rota possível Cada pacote segue a mesma rota que os outros (determinada pela ligação lógica) Mantém-se o store & forward excepto que a decisão de encaminhamento é tomada, no início, para todos os pacotes da mensagem (cada pacote possuirá o mesmo virtual circuit identifier) Técnica indicada para trocas de dados duradouras Com rotas fixas há menos tolerância a falhas nos nós ou ligações intermédias dessa rota Técnicas de comutação Redes de Computadores 15 8