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Camada de enlace

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Camada de enlace. O Atraso de transmissão. Atrasos. Propagacao Transmissao Enfileiramento Processamento Empacotamento. Retardo de Transmissão. Assumindo que os pacotes são transmitidos em uma fila tipo FIFO,como é usual,

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Presentation Transcript
camada de enlace

Camada de enlace

O Atraso de transmissão

atrasos
Atrasos
  • Propagacao
  • Transmissao
  • Enfileiramento
  • Processamento
  • Empacotamento

Cerutti

retardo de transmiss o
Retardo de Transmissão
  • Assumindo que os pacotes são transmitidos em uma fila tipo FIFO,como é usual,
  • Um pacote pode ser transmitido assim que os que chegaram antes dele saiem da interface
  • Se representarmos o tamanho do pacote por L, em bits, e a taxa de transmissão do enlace por R bps.
  • Por exemplo, para um link de 10-Mbps Ethernet é R = 10 Mbps;
  • Para um link de 100-Mbps Ethernet R = 100 Mbps.

Cerutti

retardo de transmiss o1
Retardo de transmissão
  • O transmission delay (também chamado de store-and-forward delay), é dado por:L/R.
  • Esse é o total de tempo necessário para transmitir todos os bits do pacote para o enlace.
  • Transmission delays são tipicamente da ordem de microssegundos ou menos na prática 

Cerutti

atraso de propaga o
Atraso de Propagação
  • É o tempo necessário para que um bit deixe a interface do transmissor e chegue a interface do receptor.
  • Segundo Einstein, “nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo (3,0 x 108 metros/segundo)".

Cerutti

propagation delay
Propagation Delay
  • Os sinais de rede sem fio trafegam a uma velocidade um pouco menor do que a velocidade da luz no vácuo.
  • Os sinais de rede em meios de cobre trafegam a uma velocidade no intervalo de 1,9 x 108 m/s a 2,4 x 108 m/s.
  • Os sinais de rede em fibra óptica trafegam a aproximadamente 2,0 x 108 m/s.
  • Genericamente, podemos dizer que os sinais percorrem os meios com uma velocidade entre 2 e 3 x 108 m/s, independente do tipo de sinal e do meio.

Cerutti

slide7

Atraso de Transmissão

  • É o tempo que uma interface demora para inserir um quadro no meio físico (todos os bits da unidade de informação). Lembre-se que um quadro é também denominado frame, a PDU de camada 2 – ( Figura 9).

Cerutti

slide8

Tipicamente, o atraso de transmissão pode ser representado por:

  • A=C/T
  • onde:
  • A=atraso de transmissão (seg)
  • C=Comprimento do frame (bits)
  • T=Taxa de transmissão da interface (bps)

Cerutti

slide9

Exemplo: o atraso de transmissão em uma interface IEEE 802.3u (100 Mbps), para um frame típico de 1518 bytes pode ser calculado como:

  • 1518 bytes*8= 12144 bits
  • A=12144/100.000.000 bits/seg= 0,0012144 segundos
  • ou 1,21 ms 

Cerutti

slide10

Exercicio: a)Calcule o atraso de transmissão para uma interface ATM de 622 Mbps, sabendo que a célula ATM (frame) possui um tamanho de 53 bytes.

  • b) Se o cabeçalho deo ATM é de 5 bytes e do Ethernet é de 18 bytes, calcule o atraso que existiria sem os cabeçalhos. Qual das duas tecnologias tem maior overhead? (Overhead é a sobrecarga do cabeçalho, uma vez que a informação que ele contém não interessa a aplicação ou ao usuário. Ela é usada somente para municiar os protocolos de rede).
  • Considere para o ATM uma taxa de 622 Mbps e para o ethernet 10 Mbps.

Cerutti

slide11
fila
  • -Atraso de Enfileiramento
  • O atraso de fila é um dos mais complexos e por isso o mais estudado. Ao contrário dos outros três, o atraso de fila pode variar de um frame para outro. Por exemplo, se uma quantidade de frames chega em uma interface inicialmente livre, o primeiro frame não sofre atraso de fila, pois o primeiro a chegar normalmente é o primeiro a ser processado e repassado. Na verdade existem varios tipos de tratamento para as filas ( Figura 54). O tipo referido denomina-se FIFO (First In, First Out). Os demais frames somente serão processados após o processamento dos antecessores. O tamanho da fila irá depender da taxa de chegada dos frames λ, do tamanho de cada frame (no caso do ethernet, 1518 bytes) e da capacidade do processamento.

Cerutti

slide12

Quando a taxa de chegada dos frames for maior que a capacidade de processamento, o tempo de espera tende a crescer indefinidadamente. Como os recusos para armazenar as filas dos pacotes são finitos, os pacotes que excedem os recursos são descartados. Do ponto de vista dos sistemas finais, é como se o pacote tivesse entrado na rede de um lado e não emergisse no outro.

Cerutti

slide13

-Processamento

  • É o tempo necessário para a análise do cabeçalho do pacote e encaminhamento para a fila de saída. São veificados também possíveis erros nos bits. O procedimento mais comum na presença de erros é descartar o pacote.

Cerutti

atraso de empacotamento
Atraso de empacotamento
  • Frequencias amostrais

Cerutti

packing
Packing

Cerutti

camada f sica e limita es
Camada física ( e limitações)
  • A camada 1 envolve
    • meios,
    • sinais,
    • fluxo de bits que trafegam pelos meios,
    • componentes que colocam sinais nos meios
    • e diversas topologias.

Cerutti

camada f sica
Camada Física
  • Ela executa um papel-chave na comunicação entre computadores,
  • mas os seus esforços, sozinhos, não são suficientes.
  • Cada uma de suas funções tem suas limitações.
  • A camada 2 trata dessas limitações.

Cerutti

solu es para a camada 1
Soluções para a camada 1
  • Para cada limitação na camada 1, a camada 2 tem uma solução.
    • a camada 1 não pode se comunicar com as camadas de nível superior;
      • a camada 2 faz isso através do Controle Lógico de Enlace (LLC - Logical Link Control).

Cerutti

limita es da camada 1
Limitações da Camada 1
  • A camada 1 não pode nomear ou identificar computadores;
    • a camada 2 usa um processo de endereçamento (ou nomeação).

Cerutti

solu es para a camada 11
Soluções para a Camada 1
  • A camada 1 pode descrever apenas os fluxos de bits;
    • a camada 2 usa o enquadramento para organizar ou agrupar os bits.

Cerutti

limita es da camada 11
Limitações da Camada 1
    • A camada 1 não pode decidir que computador irá transmitir os dados binários de um grupo onde todos tentam transmitir ao mesmo tempo.
      • A camada 2 usa um sistema chamado Controle de Acesso ao Meio (MAC - Media Access Control).
  •  http://www.rad.com/networks/1994/osi/datalink.htm

Cerutti

quatro conceitos principais conceito 1
quatro conceitos principais Conceito 1
  • A camada 2 se comunica com as camadas de nível superior através do Controle Lógico de Enlace (LLC - Logical Link Control).

Cerutti

conceito 2
Conceito 2
  • A camada 2 usa uma convenção de endereçamento simples (nomeação refere-se à atribuição de identificadores exclusivos: endereços).
  • Os ndereços são planos (FLAT)

Cerutti

4 conceitos principais conceito 3
4 conceitos PrincipaisConceito 3
  • A camada 2 usa o enquadramento para organizar ou agrupar os dados.
  • Os quadros podem ser considerados envelopes digitais

Cerutti

conceito 4
Conceito 4
  • A camada 2 usa o Controle de Acesso ao Meio (MAC - Media Access Control)
  • para escolher que computador transmitirá os dados binários,
  • em um grupo onde todos os computadores estejam tentando transmitir ao mesmo tempo

Cerutti

slide27
LLC
  • O LLC pega os dados do protocolo de rede, um pacote IP,
  • e adiciona mais informações de controle para ajudar a entregar esse pacote IP ao seu destino.
  • Ele adiciona dois componentes de endereçamento da especificação 802.2:
    • o Destination Service Access Point (DSAP)
    • e o Source Service Access Point (SSAP).

Cerutti

slide28
LLC
  • Esse pacote IP empacotado novamente, trafega para a subcamada MAC
  • para ser tratado pela tecnologia específica para encapsulamento e dados adicionais.
  • Um exemplo dessa tecnologia específica poderia ser
    • uma das variedades de Ethernet,
    • Token Ring
  • ou FDDI

Cerutti

a subcamada llc
A subcamada LLC
  • A subcamada LLC da camada de enlace gerencia a comunicação entre os dispositivos em um único link de uma rede.
  • O LLC é definido na especificação IEEE 802.2 e suporta tanto serviços sem conexão quanto serviços orientados para conexão,  

Cerutti

subcamada llc
Subcamada LLC
  • usados por protocolos de camadas superiores.
  • http://cs.nmhu.edu/osimodel/datalink/

Cerutti

a subcamada mac
A subcamada MAC
  • O IEEE 802.2 define alguns campos nos quadros de camadas de enlace
  • que permitem que vários protocolos de camadas superiores compartilhem
  • um único enlace de dados físico.
  • http://www.100vg.com/white/mac.htm

Cerutti

slide33
MAC
  • Os endereços MAC têm 48 bits de comprimento
  • e são expressos com doze dígitos hexadecimais.
  • Os primeiros seis dígitos hexadecimais, que são administrados pelo IEEE,

Cerutti

slide34
Mac
  • identificam o fabricante ou fornecedor e, portanto, formam o Identificador único de Organização (Organizational Unique Identifier - OUI).
  • Os seis dígitos hexadecimais restantes formam o número serial de interface,
  • ou outro valor administrado pelo fornecedor específico.

Cerutti

slide35
MAC
  • Os endereços MAC são algumas vezes chamados de burned-in addresses (BIAs)
  • porque eles são gravados na memória apenas de leitura (ROM)
  • e são copiados na memória de acesso aleatório (RAM) quando a placa de rede é inicializada.
  • http://standards.ieee.org/faqs/OUI.html

Cerutti

redes sem mac
Redes sem MAC?
  • Sem o endereço MAC, teríamos um conjunto de computadores sem nome na LAN.
  • Portanto, na camada de enlace, um cabeçalho e possivelmente um trailer,
  • são adicionados aos dados da camada superior.

Cerutti

slide37
O cabeçalho e o trailer contêm informações de controle
  • destinadas à entidade da camada de enlace no sistema de destino.
  • Os dados das entidades da camada superior são encapsulados
  • no cabeçalho e no trailer da camada de enlace.

Cerutti

slide38
NICs

Cerutti

slide39
MAC
  • Os endereços MAC são vitais para o funcionamento de uma rede de computadores.
  • Eles fornecem uma forma dos computadores se identificarem.
  • Eles dão aos hosts um nome exclusivo e permanente.
  • O número de endereços possíveis não vão se esgotar tão cedo já que há 16^12 (ou seja, mais de 2 trilhões!) de endereços MAC possíveis. 

Cerutti

flat address
Flat address
  • Os endereços MAC têm uma desvantagem principal.
  • Eles não têm estrutura e são considerados espaços de endereço contínuos.
  • Fornecedores diferentes têm diferentes OUIs,
  • mas elas são como números de identidade.
  • Assim que a sua rede atingir mais do que alguns poucos computadores,
  • essa desvantagem se tornará um problema real.

Cerutti

analogia de empacotamento remessa
Analogia de empacotamento/remessa
  • Quando você despacha um pacote grande e pesado, você normalmente inclui diversas camadas de material de embalagem.
  • A última etapa, antes de colocá-lo em um caminhão (LINK, enlace) para ser transportado, é embrulhá-lo.

Cerutti

analogia de empacotamento remessa1
Analogia de empacotamento/remessa
  • imaginando o objeto empacotado com segurança como sendo os dados
  • e todo o pacote embrulhado como sendo o quadro.

Cerutti

formato dos quadros
Formato dos quadros
  • Há tipos diferentes de quadros descritos por diversos padrões.
  • Um único quadro genérico tem seções chamadas de campos e cada campo é composto de bytes.

Cerutti

link layer setting the context1

M

H

H

H

H

H

H

H

H

H

t

t

n

n

t

t

n

l

l

M

M

application

transport

network

link

physical

M

Link Layer: setting the context
  • two physically connected devices:
    • host-router, router-router, host-host
  • unit of data: frame

network

link

physical

data link

protocol

M

frame

phys. link

adapter card

Cerutti

link layer implementation

M

H

H

H

H

H

H

H

H

H

t

t

n

n

t

t

n

l

l

M

M

application

transport

network

link

physical

M

Link Layer: Implementation
  • implemented in “adapter”
    • e.g., PCMCIA card, Ethernet card
    • typically includes: RAM, DSP chips, host bus interface, and link interface

network

link

physical

data link

protocol

M

frame

phys. link

Cerutti

adapter card

error detection
Error Detection
  • EDC= Error Detection and Correction bits (redundancy)
  • D = Data protected by error checking, may include header fields
  • Error detection not 100% reliable!
    • protocol may miss some errors, but rarely
    • larger EDC field yields better detection and correction

Cerutti

parity checking
Parity Checking

Two Dimensional Bit Parity:

Detect and correct single bit errors

Single Bit Parity:

Detect single bit errors

0

0

Cerutti

multiple access links and protocols
Multiple Access Links and Protocols

Three types of “links”:

  • point-to-point (single wire, e.g. PPP, SLIP)
  • broadcast (shared wire or medium; e.g, Ethernet, Wavelan, etc.)
  • switched (e.g., switched Ethernet, ATM etc)

Cerutti

multiple access protocols
Multiple Access protocols
  • single shared communication channel
  • two or more simultaneous transmissions by nodes: interference
    • only one node can send successfully at a time
  • multiple access protocol:
    • distributed algorithm that determines how stations share channel, i.e., determine when station can transmit
    • communication about channel sharing must use channel itself!
    • what to look for in multiple access protocols:
      • synchronous or asynchronous
      • information needed about other stations
      • robustness (e.g., to channel errors)
      • performance

Cerutti

multiple access protocols1
Multiple Access protocols
  • claim: humans use multiple access protocols all the time
  • class can "guess" multiple access protocols
    • multiaccess protocol 1:
    • multiaccess protocol 2:
    • multiaccess protocol 3:
    • multiaccess protocol 4:

Cerutti

mac protocols a taxonomy
MAC Protocols: a taxonomy

Three broad classes:

  • Channel Partitioning
    • divide channel into smaller “pieces” (time slots, frequency)
    • allocate piece to node for exclusive use
  • Random Access
    • allow collisions
    • “recover” from collisions
  • “Taking turns”
    • tightly coordinate shared access to avoid collisions

Goal: efficient, fair, simple, decentralized

Cerutti

channel partitioning mac protocols tdma
Channel Partitioning MAC protocols: TDMA

TDMA: time division multiple access

  • access to channel in "rounds"
  • each station gets fixed length slot (length = pkt trans time) in each round
  • unused slots go idle
  • example: 6-station LAN, 1,3,4 have pkt, slots 2,5,6 idle
  • TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load.
  • FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.

Cerutti

channel partitioning mac protocols fdma
Channel Partitioning MAC protocols: FDMA

FDMA: frequency division multiple access

  • channel spectrum divided into frequency bands
  • each station assigned fixed frequency band
  • unused transmission time in frequency bands go idle
  • example: 6-station LAN, 1,3,4 have pkt, frequency bands 2,5,6 idle
  • TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load.
  • FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.

time

frequency bands

Cerutti

channel partitioning cdma
Channel Partitioning (CDMA)

CDMA (Code Division Multiple Access)

  • unique “code” assigned to each user; ie, code set partitioning
  • used mostly in wireless broadcast channels (cellular, satellite,etc)
  • all users share same frequency, but each user has own “chipping” sequence (ie, code) to encode data
  • encoded signal = (original data) X (chipping sequence)
  • decoding: inner-product of encoded signal and chipping sequence
  • allows multiple users to “coexist” and transmit simultaneously with minimal interference (if codes are “orthogonal”)

Cerutti

campos de um quadro generico
Campos de um quadro generico
  • Os nomes dos campos são os seguintes:
    • Campo de início de quadro
    • Campo de endereço
    • Campo de comprimento/tipo/controle
    • Campo de dados
    • Campo de seqüência de verificação de quadro
    • Campo de parada de quadro

Cerutti

tecnologias de lans
Tecnologias de Lans

O frame ethernet

http://wks.uts.ohio-state.edu/sysadm_course/html/sysadm-326.html

Inf.unisul.br/~cerutti/ - Fast Eth

Cerutti

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