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Aula 7 - Redes de Computadores - Enlace
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Aula 7 - Redes de Computadores - Enlace Aula 7 - Redes de Computadores - Enlace Presentation Transcript

  • Tecnologia em Redes de ComputadoresIntrodução a Redes de Computadores – INF015 – Parte 7: Nível de Enlace Professor: André Peres andre.peres@poa.ifrs.edu.br Instituto Federal do Rio Grande do Sul - IFRS Porto Alegre
  • Enlace● Objetivo – Controle de comunicação do enlace de rede – Enlace → hosts interconectados “diretamente” – Diversas tecnologias de interconexão ● Depende: – Dos objetivos da rede – Do comportamento dos usuários – De aspectos físicos – ....
  • Enlace● Tipos de estrutura – Conforme conexão física:
  • Enlace● Tipos de estrutura – Barra ● Meio físico compartilhado ● Problemas de confiabilidade → o rompimento de qualquer parte da barra acarreta na interrupção da rede ● Topologia simples para a parte de controle ● Possibilidade da existência de colisões na rede
  • Enlace● Tipos de estrutura – Estrela ● Elemento central → ponto único de falhas ● Melhor controle de comunicação no elemento central ● Possibilidade de controle de colisões
  • Enlace● Tipos de estrutura – Anel ● Rompimento de um segmento acarreta em interrupção parcial da rede (conforme a implementação) ● Instalação mais complexa ● Necessita gerência (direção dos dados, etc...)
  • Enlace● Tipos de estrutura – Conforme objetivo e comportamento dos hosts: ● Redes com acesso ao meio ordenado sem contenção – Cada host possui uma fatia de tempo para transmitir – Existe uma ordem de transmissão – Garante “retardo máximo conhecido” → aplicações tempo-real – Não possui colisões na rede – Necessita de gerenciamento complexo – Ideal quando ● Requisitos tempo-real ● Muitos hosts com alta taxa de transmissão
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) ● Rede ordenada sem contenção ● Topologia física em anel ● Ao inicializar a rede, é gerado um token livre ● Quem receber o token livre pode transmitir ● Operação para transmitir 1) aguarda o token livre 2) ao receber o token livre → token ocupado 3) transmite o quadro 4) no final da transmissão adiciona um novo token livre 5) aguarda o próximo token ocupado 6) ao receber o token ocupado retira da rede este token e a mensagem
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5)
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) O host B deseja transmitir... Aguarda o token livre
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) Token livre
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) B converte o token livre em token ocupado, transmite seu quadro e insere um novo B token livre logo após
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5)Caso C deseje transmitir, deverá aguardar o próximo token livre … Quando a mensagem de B chega em C, ele deve verificar se é o destino do quadro. Se for, faz uma cópiae deixa o quadro passar! B
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) Ao receber o token livre C enviou um novo quadro B C
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) B C Os quadros “circulam” na rede até que o host origem os retirem
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) B estava aguardando C o próximo token ocupado para retirar seu quadro da rede B
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) C estava aguardandoo próximo token ocupado para retirar seu quadro da rede C
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: token ring (padrão IEEE 802.5) ● Utilizada em ambientes industriais com necessidades de aplicações tempo-real ● Atualmente o anel pode ser formado por fibras ópticas ● Necessita de gerência complexa – Criação do primeiro token – Detecção de perda de token – Detecção de token duplicado – Detecção de problemas nos hosts ● Normalmente existe a utilização de anel duplo com sentidos opostos → tolerância a falhas
  • Enlace● Tipos de estrutura – Outros exemplos de redes ordenadas: ● Pooling ● Token Bus (IEEE 802.4)
  • Enlace● Tipos de estrutura – Conforme objetivo e comportamento dos hosts: ● Redes com acesso ao meio baseados em contenção – O meio físico é compartilhado – Não existe prioridade ou ordenamento – Possibilidade de colisões – O nível de enlace deve identificar e tratar as colisões – Ideal quando: ● Hosts com tráfego em rajadas ● Muitos hosts, porém poucos com tráfego alto
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: Ethernet (padrão IEEE 802.3) ● Controle de acesso ao meio baseado em contenção ● Utiliza o protocolo CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection ● Carrier Sense Multiple Access: – Para evitar colisões, antes de transmitir, o host deve “escutar” o meio para identificar transmissões em andamento – Isto significa que só existe uma maneira de haver colisão: → quando dois hosts iniciam a comunicação (praticamente) ao mesmo tempo
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: Ethernet (padrão IEEE 802.3) ● Collision Detection – Enquanto transmite, o host permanece “escutando” o meio – Se o que estiver “escutando” for diferente do que está transmitindo, significa que está ocorrendo uma colisão – Após detectar uma colisão: 1) aborta a transmissão 2) aguarda um tempo aleatório para tentar novamente 3) nova tentativa
  • Enlace● Tipos de estrutura – Ex: Ethernet (padrão IEEE 802.3) ● Collision Detection – Caso detecte colisões simultâneas → dobra o limite máximo de tempo a ser sorteado na espera aleatória – Existe um teto para este limite máximo... – Nome do algoritmo que faz tudo isso: Espera aleatória exponencial truncada
  • Enlace● Tipos de estrutura – Topologia mais utilizada: ● Conexão lógica em barra e física em estrela ● Isto significa que as estações comportam-se como se estivessem em barra, porém a utilização de hubs e switches estabelece conexões físicas em estrela ● Existe alteração de comportamento das estações ao utilizar-se switches → passam a se comportar como estrela, quando existe: → Auto-negociação, ou → Configuração manual
  • Enlace● Enlace ethernet – Os objetivos do nível de enlace ethernet são basicamente: ● Controlar a ocorrência de colisões com o CSMA/CD ● Controlar erros do nível físico através de verificações de integridade (CRC-32) ● Endereçamento de enlace (MAC Address)
  • Enlace● Enlace ethernet – Controle de integridade: ● Ao final de cada quadro de enlace é adicionado o FCS (Frame Check Sequence) ● O FCS das redes ethernet é feito através de um cálculo utilizando o algoritmo CRC-32 – Cálculo sobre os bits do quadro – Caso um ou mais bits seja alterado durante a transmissão, o valor de CRC-32 será diferente ! ● Ao receber um quadro, o destinatário recalcula o CRC- 32 e verifica se houve alteração de bits ● Nas redes ethernet, quadros com erro de CRC são descartados !!!!
  • Introdução● Definição de enlace – Comunicação direta entre interfaces de rede – Endereçamento MAC – Conexão através de HUB (repetidor) ou Switch (comutador) – Conexão ponto-a-ponto (roteadores)
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? No começo é como Um HUB (repetidor)
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? Conforme o tráfego Acontece, aprende Analisando o pacote (nível de enlace)
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? MAC destino: B MAC origem: A
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? Switch “aprende” A está na porta 1 MAC TABLE Porta MAC 1 → A
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? Repete para todas As portas (não sabe onde Está B) MAC TABLE Porta MAC 1 → A
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? B responde... Switch aprende MAC TABLE Porta MAC 1 → A 3 → B
  • Comutação● Como funciona um switch ethernet? Após algum tempo, O switch mapeia As portas/MAC MAC TABLE Porta MAC 1 → A 3 → B 5 → C 8 → R
  • Comutação● O switch ethernet – Aprende os “caminhos” (portas de saída) para cada destino – Em caso de switch interligados, diversos MAC são relacionados à uma porta MAC TABLE Porta MAC 1 → A 3 → B 5 → C,D MAC TABLE 8 → R Porta MAC 1 → A,B,R 4 → C 7 → D
  • Comutação● O switch ethernet – Com os caminhos definidos ● Cada quadro é analisado individualmente (MACs) ● Os quadros são encaminhados diretamente ao destino ● É possível tráfego paralelo entre portas distintas ● Aumento da vazão potencial da rede ● Solução simples e rápida (nível 2)
  • Comutação● O switch ethernet – Uma consideração interessante sobre colisões ● Quando se usa switch não deveriam existir colisões ● Alguns switches possuem um mecanismo de negociação por porta – Velocidade (10, 100, 1000 Mbps) – Modo de operação (half-duplex ou full-duplex) ● Em caso de full-duplex – O host transmite (TX) e recebe (RX) quadros simultaneamente – O CSMA/CD irá acusar colisão !!!!! – Tanto o switch, quanto o host deverão desabilitar o CSMA/CD quando em full-duplex – Se isso não ocorrer → problemas de comunicação !
  • Comutação● A comutação ocorre também entre enlaces de tecnologias diferentes, porém compatíveis – Ex: redes IEEE 802.11 (wi-fi) ● O AP funciona como uma bridge entre a rede ethernet e a rede wireless → switch de 2 portas MAC TABLE Porta MAC 1 → A,B,C 2 → D,E,R
  • Comutação● Um comutador (switch): – Possui entradas e saídas – Recebe uma requisição para conexão – Conecta entrada com saída específica
  • Comutação● Usamos comutação na telefonia – Desde o tempo da telefonista... comutação manual – Podemos ter uma nuvem de comutadores
  • Comutação● Nesta nuvem, a comutação pode ser feita – Por pacotes ● Sem conexão – Ex: ethernet ● Orientados à conexão / circuito virtual – Ex: frame-relay, atm, ... – Por circuitos ● Circuito criado entre origem e destino – Pode utilizar multiplexação – Ex: telefonia fixa, celular, ...
  • Comutação● Circuitos virtuais: – Frame relay ● Os quadros frame-relay possuem um campo denominado DLCI (Data-Link Connection Identifier) ● DLCI → identifica o circuito para os comutadores ● O DLCI é configurado no roteador antes da nuvem ● Os comutadores possuem identificação de DLCI e porta de destino
  • Destino DLCI Comutação BG → 1 SPO → 2 RJ → 3
  • Destino DLCI Comutação BG → 1 DLCI Saída DLCI Saída SPO → 2 1 → 4 2 → 1 RJ → 3 2 → 2 3 → 3DLCI Saída1 → 1 DLCI Saída 3 → 1 DLCI Saída 3 → 3
  • Comutação● Configuração dos comutadores: ● SVC (Switched Virtual Circuit) – Um pacote especial de criação de circuito é enviado e roteado até o destino – No caminho, são configurados dinamicamente os comutadores para criação do circuito – Um pacote de retorno estabelece o circuito – Procedimento semelhante para liberação de recursos ● PVC (Permanent Virtual Circuit) – Configuração manual dos circuitos – Mais comum ! – O provedor do link define o DLCI e configura todos os comutadores necessários
  • Comutação● ATM – Similar ao frame-relay – Ao invés do DLCI, possui: ● VCI (Virtual Circuit Identifier) – Identificação do circuito entre origem e destino ● VPI (Virtual Path Identifier) – Criado entre os comutadores ATM contendo diversos VCIs – São os canais de comunicação dentro da rede ATM
  • Comutação● Vantagens da comutação – Simples – Veloz – Permite reserva de banda (QoS) – Criação de um circuito virtual entre origem e destino
  • Roteamento● Internet – Múltiplos enlaces ● Redes locais ● Enlaces entre roteadores – Pacotes analisados de forma independente ● IP Destino ● Tabela de roteamento
  • Roteamento● Internet – Controle de congestionamento – Controle de queda de link entre roteadores – Troca de informações entre roteadores ● “estado” do link ● Publicação de novas rotas
  • Roteamento● Vantagens: – Tolerância a falhas – Publicação de rotas de forma dinâmica – Conexão entre enlaces distintos● Desvantagens: – Mais lento que a comutação – Sem controle de QoS
  • Comutação e Roteamento● Gerência da “nuvem” – ISP (Internet Service Provider) – Serviços de comutação (FR + ATM) e internet – Necessidade de uma nuvem com múltiplos equipamentos
  • Comutação e Roteamento– Os ISPs conhecem sua própria nuvem– Com a evolução tecnológica, o tempo de disponibilidade aumentou– Partiu-se para uma solução única ● Rapidez da comutação ● Diminuição da complexidade da nuvem ● Possibilidade de convergência ● Possibilidade de tolerância a falhas ● Possibilidade de upgrade de tecnologia única– MPLS (Multi-Protocol Label Switching)
  • MPLS– O MPLS é formado por uma nuvem de comutadores– São criados circuitos entre origem e destino– Quadros FR → DLCI– Quadros ATM → VPI / VCI– Internet ● Circuito → enlace ● Feito o roteamento na borda ● É adicionado o label entre cabeçalho ethernet e IP ● Mesmo funcionamento de VLANs ● Os pacotes “atravessam” a nuvem em circuitos
  • MPLS– Nuvem MPLS ● FR ● ATM ● Internet ● ...
  • MPLS– Ainda: ● A troca de informações de circuitos/rotas é feita entre os switchs da mesma forma que roteadores internet – Difusão de novas rotas / novos switchs – Informações sobre os circuitos – Difusão das tabelas de circuitos ● O IPv6 já prevê a possibilidade de criação de circuitos entre origem e destino ● Campo Flow Label ● No MPLS, pode-se utilizar este campo para identificação do circuito