Transcript Nível 2 - Enlace

Camada de Enlace de Dados
Capítulo 3
• Obter uma linha de transmissão e oferecê-la livres de
erros para o nível 3.
• Questões típicas:
– Quantos bits serão transmitidos de cada vez?
(Definição dos quadros de dados)
– Como delimitar estes bits?
– Se um quadro foi destruído como corrigir? (Retransm.)
– Se o reconhecimento de um quadro for destruído como
corrigir? (Lidar com duplicação de quadros)
– Como regular o tráfego se o tx é mais rápido que o rx?
– Como controlar o acesso a um canal compartilhado em
redes de difusão?
1
Nível Enlace
Papel do Nível Enlace

Nível enlace – Fornece ao nível superior (Rede) a
capacidade de pedir o estabelecimento ou liberação dos
meios físicos associados ao Nível Físico.

Permite comunicação eficiente e confiável entre dois
computadores adjacentes, ou conectados por meio de
um canal de comunicação que funciona conceitualmente
como um fio (pode ser cabo coaxial, ou canal sem fio):
os bits são entregues na ordem exata em que são
enviados.
2
Nível Enlace
3.1 - Quadro

As unidades de informação transferidas chamam-se
quadros. Cada protocolo tem um formato de quadro
próprio. Relação entre pacotes (N3) e quadros (N2):

Dividir um fluxo de bits em quadros: permitir que o
receptor encontre o início de um quadro sem gastar
muita banda para isto.
3
Nível Enlace
3.1.1- Serviços fornecidos a camada de
Rede

4
Fluxo de dados em um roteador.
Nível Enlace
Serviços fornecidos a camada de Rede
Serviços oferecidos com freqüência pelo Nível 2:
C

Serviço sem conexão e sem confirmação;
Ex: Ethernet.
O
N
F
I

Serviço sem conexão com confirmação;
Ex: WiFi
A
B
I
L

Serviço com conexão e confirmação. (Quando
enlaces são longos, não confiáveis);
Ex: Satélites
I
D
A
D
E
5
Nível Enlace
Serviços oferecidos - 2

Controle de erro: Detecta e possivelmente corrige
erros que possam ocorrer no Nível Físico. O nível de
Rede é notificado de erros não recuperáveis. Tarefas
importantes: gerência de timers e número de
seqüência de quadro;

Controle de fluxo: manter regras bem definidas
sobre quando o transmissor pode enviar o quadro
seguinte. Controla a taxa de transferência na
interface com o Nível de Rede. Ex: smartphone pede
página a servidor Web potente
6
Nível Enlace
3.2 - Detecção e Correção de Erros
Há 2 estratégias para tratar erros:
 Incluir informação redundante em cada bloco de dados: o
receptor pode deduzir os dados transmitidos – código de
correção de erros (FEC-Forward Error Correction).
Em canais que geram muitos erros, é melhor a correção
(Ex: wireless).
 Incluir
redundância suficiente apenas para permitir que o
receptor deduza que houve um erro, mas sem identificar
qual – código de detecção de erros. Em canais altamente
confiáveis basta detectar o erro (Ex: fibra);
7
Nível Enlace
3.2.2 - Detecção de Erros

Paridade: Um único bit é acrescentado. O valor do bit é
escolhido de modo que o número de bits 1 na palavra de
código seja par (ou ímpar). Ex: para enviar 1011010 com
paridade par, enviar 10110100. Detecta erros de um único
bit; inconveniente para erros de rajada (que são comuns).

Checksum: baseado na soma acumulada dos bits de
dados da mensagem. Colocado no fim como complemento
da soma. Ao receber a mensagem a soma dos dados +
checksum deve ser 0 (RFC 791 define checksum do IP).

CRC (Cyclic Redundancy Check) método de detecção de
erros mais forte que os anteriores, muito difundido.
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Nível Enlace
Protocolos Básicos
Uma implementação comum:
 na NIC (Network Interface Card) funcionam o processo da
camada física e parte da camada de enlace.
 O restante da camada de enlace e rede são parte do SO.
9
Nível Enlace
Protocolo Básico – exemplo (1)
10
Nível Enlace
Protocolo Básico – exemplo (2)
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Nível Enlace
Protocolos de Janela Deslizante
Para transmitir nos dois sentidos num mesmo canal: a
confirmação pode ser enviada em um campo ACK de carona
no quadro de dados do outro sentido (Piggybacking).
E se outro lado não transmitir nada, como confirmar?
Manter timeouts para enviar confirmação sem carona.
Manter um número de sequencia nos quadros variando de 0 a
um número máximo.
 O transmissor mantém um conjunto de números de
sequencia que pode enviar (Janela de Transmissão); deve
manter em memória para eventualidade da retransmissão.
 O receptor mantém conjunto que está apto a aceitar (Janela
de recepção).
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Nível Enlace
Janela Deslizante de Tamanho 1
Número de sequência de 3 bits.
(a) Inicialmente não há qdrs pendentes.
(b) Após o envio do primeiro quadro. (c) Após receber o
primeiro quadro; (d) Após receber primeiro reconhecimento.
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Nível Enlace
Janela Rx tam=1:Estratégia go-back-n
Presença de erros no pipelining (envio de quadros pendentes
em sequencia) quando o tamanho da janela do receptor é
unitário (1).
Desperdiça grande quantidade de largura de banda se a taxa
de erros for alta.
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Nível Enlace
Janela Rx >1:Estratégia Retransmissão Seletiva
Efeito do erro no pipelining quando o tamanho da janela do
receptor é grande.
Aproveita melhor a largura de banda porém requer mais
espaço nos buffers da camada de enlace.
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Nível Enlace
Capacidade do canal
Quantos dados devo enviar?
Quantos quadros cabem no canal?
Produto Largura de Banda-atraso (BD): largura da banda
em bits/s vezes o tempo de trânsito (s);
Para enviar o máximo de quadros, o buffer do receptor
deve conter todos os quadros enviados até a chegada da
confirmação de volta ao transmissor.
Janela > 2BD + 1. (O “+1” : um quadro de confirmação não
será enviado antes que um quadro completo seja
recebido).
Utilização do enlace: fração do tempo que em que o
transmissor não está bloqueado <= Janela
(2BD+1)
Nível Enlace
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Sub-Camada de Controle de
Acesso ao Meio – Capítulo 4
17

Em redes de difusão, normalmente utilizadas em
LANs, é necessário determinar quem tem direito de
usar o canal quando há uma disputa por ele.

A subcamada da Camada de Enlace que cuida desta
tarefa é chamada de subcamada MAC (Medium
Access Control).
Nível Enlace
Alocação Estática de canais

Que tal alocar o único canal para usuários concorrentes
de forma estática?
 FDM (Frequency Division Multiplexing): Dividir a largura
de banda em N partes: uma parte da banda para cada
usuário. Se houver menos de N usuários há desperdício
de banda; se houver mais, alguns terão acesso negado.
 TDM (Time Division Multiplexing): Cada usuário recebe
o N-ésimo slot de tempo; Se o usuário não empregar o
slot alocado, este será desperdiçado.
Nenhum dos métodos estáticos tradicionais de alocação
de canais funciona bem com tráfego de rajadas.
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Nível Enlace
Alocação Dinâmica de canais
Premissas fundamentais para formular problema de
alocação:
 Tráfego Independente: Há N estações independentes
que geram quadros para transmissão. Supor que a
aleatoriedade da chegada segue uma distribuição
exponencial (Poisson) torna o problema tratável
embora não exato; modelar o tráfego é um difícil
problema de pesquisa.
 Canal Único: Todas as estações podem transmitir e
receber por um único canal;
 Colisão: Dois quadros transmitidos simultaneamente se
sobrepõem no tempo, e o sinal resultante é adulterado.
Os quadros que sofreram colisões devem ser
retransmitidos;
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Nível Enlace
Alocação Dinâmica de canais
Premissas fundamentais para formular problema de
alocação:


Tempo: Contínuo – tx começa a qualquer instante
Segmentado – tx começam no início de um
slot (Tempo dividido em intervalos discretos);
Detecção de portadora: As estações podem ou não
detectar se o canal está sendo usado.
Estas premissas estão envolvidas nos métodos de
alocação de canais, dos quais veremos apenas dois:
CSMA/CD e CSMA/CA.
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Nível Enlace
CSMA / CD - Apresentação
CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection.
Comparação:
Um jantar em uma sala escura. As pessoas ao
redor da mesa devem escutar, aguardando um período
de silêncio, antes de falar (Carrier Sense). Quando há
espaço, qualquer pessoa tem chance igual de falar
(Multiple Access). Se duas pessoas falarem ao mesmo
tempo, detectam o fato (Collision Detection) e param de
falar.
Quando uma estação detecta uma colisão e
interrompe a transmissão, deve esperar um tempo
aleatório para tentar retransmitir o pacote.
21
Nível Enlace
CSMA / CD
22

O CSMA/CD pode estar em um destes tres estados:
disputa, transmissão ou inatividade.

As colisões podem ser detectadas verificando-se a
potência e a largura do pulso do sinal recebido e
comparando-o com o sinal transmitido.
Nível Enlace
IEEE 802



23
O IEEE padronizou várias redes locais e
metropolitanas com o nome de IEEE 802.
Alguns sobreviveram, outros não. Difícil prever:
Entre os sobreviventes:
 802.3 (Ethernet),
 802.11 (WiFi).
 802.15 (Bluetooth)
 802.16 (WiMax).
Nível Enlace
Alguns padrões 802
A interface com a camada de rede é a mesma, definida
pela subcamada de Enlace Lógico: LLC – Logical Link
Control-802.2. As camadas física e MAC diferenciam-se.
24
Nível Enlace
Ethernet Clássica
A LAN mais popular. A história começa no Havaí da
necessidade de conectar ilhas remotas. A experiência foi
feita com rádio de ondas curtas (ALOHANET).Bob Metcalfe
passou o verão no Havaí...
Após o verão, já trabalhando na Xerox, nasceu
o sistema Ethernet; 1978: DIX - criado pela
DEC, Intel e Xerox. 1983: tornou-se o padrão
IEEE 802.3. Metcalfe formou a 3Com vendida
para a HP em 2010 por US$2.7bi
25
Nível Enlace
802.3 – O quadro

26
Endereço Ethernet – (MAC address) –
contém 6 bytes:
 Os 3 primeiros atribuídos pela IEEE às
organizações que constroem interfaces Ethernet;
 Os 3 últimos bytes são atribuídos pela organização.
 Exemplo: 06-0A-00-19-BC-24
 O primeiro bit é 0 para endereços comuns e 1 para
endereços de grupos (Multicast).
 Endereço com todos os bits em 1 são recebidos por
todas as estações (Broadcast).
Nível Enlace
802.3 – O quadro (1)

Formato do quadro (a) Formato Ethernet (DIX)
(b) Formato 802.3.
(as 2 maneiras podem ser usadas pois muito difundidas)

Preâmbulo: 7 bytes 10101010 – sinalização de ocupação
do meio. Permite sincronização entre clock do receptor e
do transmissor (a nível de bit).
IdQ (Início de quadro) – 1 byte para sincronismo a nível de
quadro.

27
Nível Enlace
802.3 – O quadro (2)
28

Felizmente, todos os valores do campo tipo usados
até 1997, eram maiores que 1500, o tamanho
máximo do quadro, e assim, IEEE padronizou que se
o campo contiver um número menor ou igual a 0x600
(1536) bytes é interpretado como tamanho

Checksum é o CRC já estudado
Nível Enlace
802.3 - Colisão
Há um comprimento mínimo de quadro
29
Nível Enlace
802-3 –Recuo Binário Exponencial

O tempo é dividido em slots discretos de tamanho igual ao
pior tempo de propagação de viagem de ida e volta (2t).

Depois da primeira colisão, cada estação espera 0 ou 1
slot antes de tentar novamente.

Depois da segunda colisão, cada estação espera 0,1,2 ou
3 tempos de slot.

Após i colisões, é escolhido um número aleatório entre 0 e
2i-1. Acontece um congelamento em 1023 após 10
colisões.
30
Nível Enlace
Ethernet Comutada

Hub – equivalente a um cabo longo: quanto mais
máquinas ligadas menor a banda recebida;

Switch: melhora o desempenho:
 Se 2 estações querem transmitir ao mesmo tempo, o
quadro é armazenado na porta do switch, e após
totalmente recebido é encaminhado ao destino. Assim
várias estações podem transmitir simultaneamente sem
a ocorrência de colisões.

31
Hubs estão em extinção...
Nível Enlace
O Switch





32
Possui backplane de alta velocidade.
Realiza processamento do cabeçalho de enlace para
identificar para qual porta encaminhar o quadro;
Se full-duplex, CSMA/CD não é necessário.
Se ligado a hub, recebe o quadro que ganhou a
disputa CSMA/CD no domínio do hub.
Conveniente para segurança.
Nível Enlace
Fast Ethernet – 802.3u



Decisão IEEE: Manter o 802.3 apenas tornando-o mais
rápido. Motivação:
 Manter o cabeamento existente – compatibilidade com
as redes existentes;
 Medo de protocolo novo trazer problemas inesperados;
 Manter o emprego.
Assim, mantém o formato dos pacotes, interfaces, regras e
reduz o tempo do bit.
Para garantir que CSMA/CD continue funcionando, deve se
manter uma relação entre tamanho mínimo do quadro e
tamanho máximo do cabo. Opção: diminuir tamanho do
cabo. No caso da fibra não admitir hub.
33
Nível Enlace
Fast Ethernet - Autonegociação
34

Para não abandonar as placas existentes de 10Mbps,
o switch adotou mecanismo de autonegociação que
permite que duas estações negociem
automaticamente a velocidade ideal ou o tipo de
duplex => Switches 10/100.

O comum hoje é o switch 10/100/1000.
Nível Enlace
GigabitEthernet


Objetivo: tornar a Ethernet 10 vezes mais rápida,
mantendo a compatibilidade retroativa com os padrões
Ethernet existentes. A padronização mais popular foi
chamada IEEE 802.3ab
Configurações ponto-a-ponto e não multiponto como no
padrão original.
Vale a pena
aproveitar a fiação
de cobre se a
distância é pequena

35
Nível Enlace
802.3ab – Modos de Operação


Full-duplex: switch central conectado a computadores.
Não é necessário o CSMA/CD
Half-duplex: computadores ligados a hub. CSMA/CD é
necessário. Como a velocidade é 100 vezes maior que a
Ethernet clássica, a distância máxima seria 100 vezes
menor (25 metros). Para aumentar este limite:
1. Extensão da portadora: o hardware adiciona um
preenchimento, aumentando o tamanho do quadro
para 512 bytes, ou
2. Rajada de quadros: transmissor concatena quadros
para enviá-los juntos.
Quem usaria hubs em rede gigabit?
36
Nível Enlace
802.3ab – Controle de Fluxo




37
Se o receptor estiver ocupado com alguma outra
tarefa, mesmo durante 1ms e não esvaziar o buffer de
entrada em alguma linha, poderão se acumular até
1953 quadros neste intervalo.
E quando um computador em gigabit estiver
transmitindo a um computador na Ethernet clássica?
É necessário controle de fluxo: quadros PAUSE
(tipo=0x8808), informando quanto tempo deve durar a
pausa.
Extensão do padrão permite quadros jumbo: até 9KB.
Nível Enlace
802.3ae – 10Gigabit Ethernet

Funciona apenas em fibra, só opera em modo full-duplex,
os protocolos de detecção de colisão são desnecessários;

Expandiu o padrão Ethernet para uso em redes
metropolitanas (MAN) e redes de longa distância (WAN),
mantendo princípios de operação e administração de
redes;
Ainda há autonegociação para ser flexível
IEEE está padronizando 40Gbps e 100Gbps
(802.3ba-2010).


Causas do sucesso Ethernet: simplicidade, fácil
manutenção, baixo custo, compatibilidade com IP.
38
Nível Enlace
ARP – Address Resolution Protocol
Protocolo de controle entre nível 2 e 3
ARP mapeia endereços IP em endereços de enlace.
Responde à pergunta: A quem pertence tal endereço IP?
Há broadcast na rede perguntando o MAC de tal IP.
Caso 1: Hosts na mesma rede. Ex: Host 1 tx para Host 2
39
Nível Enlace
ARP em redes diferentes
Caso 2: Hosts em redes diferentes. Ex: Host 1 (65.7) tx para
Host 4 (63.8): não é IP de sua rede, coloca MAC do rot.
 Roteador pega o quadro e procura IP em suas tabelas,
descobre para que roteador mandar (talvez ARP na sua rede
para descobrir o MAC deste roteador);
 Último roteador troca seu MAC pelo MAC de destino do host
4 (talvez ARP na sua rede para descobrir).
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Nível Enlace
Redes sem Fio – Infra-estruturada x AdHoc
Redes Infra-estruturadas
A Estação Móvel
está em contatoMH
direto com um
Ponto de Acesso.
MH
FH
FH
AP
MH
FH
MH – Mobile Host
FH – Fixed Host
AP – Access Point
Redes Ad-Hoc
Os nós são capazes
de trocar, diretamente,
informações entre si.
41
Nível Enlace
Redes Mesh
Os nós são capazes de trocar, diretamente,
informações entre si, mas contam com uma
infraestrutura de apoio.
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Nível Enlace
Avaliando Wireless
Vantagens:
• Facilidade de Instalação
• Mobilidade
• Redução de Custo
Desvantagens:
• Disponibilidade de Menor Banda de Transmissão
• Taxas de Erro
• Roteamento
• Dispositivos com poder computacional reduzido
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Nível Enlace
Tecnologias de Redes sem Fio
Padrão IEEE
Freqüência
Alcance
(outdoor)
Taxa
802.15.1 (Bluetooth)
2.4GHz
<10m
723 Kbps
802.15.3 (UWB)
2.4GHz
30-50m
10-55Mbps
802.15.3a
3.1-10.6 GHz
<10m
110-480Mbps
802.15.4 (Zig Bee)
868M, 915M, 2.4 G 10-75m
20-250Kbps
802.11a (WiFi)
5GHz
< 50m
6-54Mbps
802.11b
2.4GHz
<100m
2-11Mbps
802.11g
2.4GHz
<100m
20-54Mbps
802.11n
2.4GHz, 5GHz
<250m
150Mbps-300Mbps
802.16 (WiMAX)
10-66GHz
10km
60-100Mbps
802.16e (100km/h)
2-6GHz
10km
70 Mbps
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Nível Enlace
Alcance das Redes sem Fio
WPAN
IEEE 802.15
WLAN
IEEE 802.11a/b/g
Bluetooth, WUWB,
ZigBee
0-10m
45
50m
75m
WMAN
WWAN
IEEE 802.16
(WiMAX)
100m
IEEE 802.20
(MBWA)
10km
Nível Enlace
15km
WPAN – Wireless Personal Area Networks
• Bluetooth (IEEE 802.15.1)
• Ultra Wide Band (IEEE 802.15.3)
• Zigbee (IEEE 802.15.4).
Conjunto de dispositivos de uma pessoa dispostos, ao
redor desta, como uma bolha, dispositivos que podem
se mover e se conectar entre si.
46
Nível Enlace
Bluetooth – IEEE 802.15.1
• Objetivos Técnicos:
• tamanho reduzido
• baixo custo de implementação
• baixo consumo de energia
• seguro e robusto para bandas ISM (Industrial, Scientific
and Medical radio bands)
• Desafios:
– Técnica de transmissão FH-SS
(Frequency Hopping Spread Spectrum)
– integração num único componente
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Nível Enlace
Bluetooth - Arquitetura
Toda rede Bluetooth é dividida em:
• Mestres: requisitar serviços; organizar e comandar a
transmissão e recepção de dados
• Escravos: até 7; baratos, pouco inteligentes. Estacionário:
estado de baixa energia p/ redução de consumo.
Os dispositivos se
conectam
(emparelhamento) e
transferem dados
com segurança
48
Nível Enlace
Bluetooth - Topologia
• Tem uma pilha de protocolos própria: não OSI, não
TCP/IP, não 802;
• 25 aplicações específicas suportadas, chamadas
perfis. Ex: comunicação do telefone móvel com
computador, comunicação do headset com estação
base, comunicação de teclado com computador, etc.
• Trabalha na faixa de frequência ISM de 2,4GHz. Para
não interferir com o WiFi realiza Salto de Frequencia
Adaptativo: os nós mudam de frequencia
simultaneamente, sob ordem do mestre; fazer o salto
excluindo os canais em que existam outros sinais de RF.
49
Nível Enlace
Bluetooth – Pilha de Protocolos
Simula porta
serial
dos parceiros
Estabelece o
enlace (emparel.)
Abaixo da linha de interface implementado no chip. Acima,
implementado no dispositivo.
L2CAP – Logical Link Control Adaptation Protocol – controle
de quadros de tamanho variável. Ex: Se aplicação de fluxo
contínuo, pode não usar o L2CAP.
50
Nível Enlace
WLAN – IEEE 802.11 a/b/g/n/ac


Originário de uma aliança de empresas foi
padronizado pelo IEEE. A Wi-Fi Alliance é um
fórum de empresas para certificação de produtos
802.11 quanto à interoperabilidade.
A Marca Wi-FiTM indica produtos certificados.
IP

Padrão IEEE 802.11 especifica:
 controle de acesso ao meio (MAC)
 protocolos de camada física (PHY)
51
LLC
IEEE
802.2
MAC
IEEE
802.11
Nível Enlace
PHY
WiFi – PHY

Diversas camadas físicas (PHY) para a mesma
camada MAC
• 802.11n - Compatível com IEEE 802.11b/g – 150Mbps.
(Faixa de 2.4GHz ou 5GHz).
52
Nível Enlace
• 802.11ac – 450Mbps (Só na faixa de 5GHz)
Wireless – Características

Uma estação em uma mesma LAN pode não ser capaz de
transmitir ou receber quadros de todas as estações devido
ao alcance limitado do rádio.

O que importa é a interferência no receptor e não no
transmissor – um receptor dentro do alcance de dois
transmissores terá o sinal resultante com interferência =>
Várias conversas podem ocorrer ao mesmo tempo em uma
sala grande, desde que não dirigidas para a mesma pessoa
(“re-uso espacial”);

Não há como detectar colisões durante uma transmissão: o
sinal recebido pode ser um milhão de vezes mais fraco que
o sinal que está sendo transmitido e não pode ser detectado
53 mesmo tempo => os rádios sãoNível
Enlace
ao
half-duplex;
Wireless – Estação Oculta
Ae
B estão no alcance um do outro; B e C também, porém
A não alcança C. Se A transmite para B e C detectar o
meio, não perceberá a transmissão. Se transmitir para o
próprio B, ou para D, arruinará a transmissão de A para B.
Queremos um MAC que impeça esta colisão. (Colisão
desperdiça banda).
O problema da estação oculta: A e C ocultos ao transmitirem
para
B.
54
Nível Enlace
Wireless – Estação Exposta

A e B estão no alcance um do outro; B e C também, porém
A não alcança C. Se B transmite para A e C desejar
transmitir para D, ao detectar o meio ouvirá uma
transmissão em andamento e concluirá incorretamente que
não pode transmitir. Queremos um MAC que permita esta
transmissão (adiar desperdiça banda).
O problema da estação exposta: B e C estão expostos ao
transmitir para A e D.
55
Nível Enlace
CSMA/CA
 Quem
tem um quadro a transmitir começa com um backoff
aleatório (de 0 a 15 slots). Espera até que o canal esteja
inoperante, conta slots inoperantes,interrompendo a
contagem quando houver envio;
 Envia seu quadro quando contador chega a 0. Se não
houver confirmação, deduz colisão, aplica algoritmo de
recuo binário exponencial.
56
Nível Enlace
WiFi – Modos de Operação

PCF (Point Coordination Function) - opcional:
 Ponto de Acesso efetua polling, perguntando quem
quer transmitir => não há colisão, mas não permite
reuso espacial. (não usado na prática)

DCF (Distributed Coordination Function) não utiliza
nenhum controle central:
 CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance) tem 2
modos de operação:


Detecção de Canal Físico– verifica o meio para ver se há sinal
válido.
Detecção de Canal Virtual – manter registro lógico de quando o
canal está em uso.
57
Nível Enlace
Detecção de Canal Virtual
 Rastrear
vetor de alocação de rede, ou
NAV (Network Allocation Vector). O quadro transporta um
campo com o tempo para concluir a sequência da qual
este quadro faz parte. As estações que escutam o quadro
sabem que o canal estará ocupado pelo período indicado
pelo NAV, independente de detectar o meio físico.
 O NAV de dados inclui o tempo necessário para a
confirmação. Quem escutar o quadro de dados adia a
transmissão para depois da confirmação.
 Um mecanismo opcional(RTS/CTS) usa o NAV para
impedir transmissões de terminais ocultos.
58
Nível Enlace
RTS/CTS
 RTS
(Request to Send): Quadro de controle curto que
contém o comprimento do quadro de dados que
possivelmente será enviado em seguida.
 CTS
(Clear to Send): Quadro de controle curto que contém
o tamanho dos dados (copiado do RTS).
 Após o recebimento de CTS, a estação A pode transmitir.
59
Nível Enlace
Detecção de Canal Virtual com RTS/CTS
Posicionamento das estações no espaço
C
A
B
D
Uso de detecção de Canal Virtual com RTS/CTS
Não resolve o problema do terminal exposto.
60
Nível Enlace
WiFi – Rajada de Fragmentos
Redes sem fio são ruidosas e pouco confiáveis. Quanto
maior o quadro, maior a probabilidade de fracasso. Solução:
Os quadros podem ser fragmentados em pedaços menores,
assim só se retransmitiria o fragmento defeituoso.
Se C e D param o NAV após primeiro ACK, como enviar toda
a rajada? Definição de Mecanismo de Controle de tempo.
61
Nível Enlace
WiFi – Controle de Tempo
Se estiver sendo usado o PCF, a distribuição de tempo seria
de acordo com esta figura.
DIFS : Tenta adquirir o canal se o meio ficar ocioso por DIFS
EIFS : para não interferir em diálogos em andamento
62
Nível Enlace
Qualidade de Serviço
Suponha as seguintes aplicações em uma rede:
• VoIP: baixa largura de banda necessária, admite pequeno
atraso.
• Peer-to-peer: alta largura de banda consumida, admite
atraso maior que VoIP.
Na competição a voz seria degradada. Utilizar o mecanismo
de controle de tempo para dar prioridade ao VoIP.
Diferentes intervalos para diferentes tipos de quadros.
63
Nível Enlace
Espaçamento entre quadros
SIFS – Short InterFrame Spacing
AIFS1 – Arbitration Interframe Spacing – pode ser usado
pelo AP para o tráfego de voz;
AIFS4 – pode ser usado pelo AP para o tráfego peer-to-peer
64
Nível Enlace
Economia de Energia
O mecanismo utiliza quadros de baliza (Beacon Frame)
transmitidas periodicamente (ex: 100ms) pelo AP com
parâmetros do sistema.
• Cliente: seta bit de gerenciamento de energia - informa
entrada no modo de economia. Cochila e aguarda a próxima
baliza para verificar se há tráfego para ele. Se houver, recebe
e pode voltar a dormir até próxima baliza.
• AP: guarda os quadros do cliente em buffer, envia baliza com
mapa do tráfego. Se requisitado, envia o tráfego armazenado.
•APSD (Automatic Power Save Delivery): AP envia quadros
para o cliente assim que o cliente enviou algo para o AP
(indicando que está acordado). Bom para aplicação com
65
Nível Enlace
tráfego
nos 2 sentidos.
Formato do Quadro de dados - 1
Tipo: Dados, controle ou gerenciamento;
Subtipo: Ex: RTS ou CTS;
Para DS, de DS: o quadro está indo ou vindo do Sistema de Distribuição
entre Célula ( Distribution System, ou seja, do AP);
MF: More Fragments;
Repetir: =1 indica que é retransmissão;
Ger. Energ.: Estado que estará após envio deste quadro (economia ou não);
Mais dados: AP indica que tem mais dados em seu buffer (guia economia);
Protegido: Corpo do quadro criptografado com WEP;
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Nível Enlace
Quadro de dados - 2
Ordem: Seqüência de quadros deve ser processada em ordem (unicast e
multicast)
Duração: Por quanto tempo o quadro e confirmação ocuparão canal – em ms
(para cálculo do NAV);
Endereços: Endereço de origem, destino, e endereços das célula-base de origem
e destino;
Seqüência: Numera o quadro (12 bits) e o fragmento (4 bits);
Dados:
Carga útil de até 2312;
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Total
verificação: CRC.
Nívelde
Enlace
Endereços
SA: Source Address;
TA: Transmitter Address
DA: Destination Address; RA: Receiver Address
To DS From DS
0
0
0
1
1
0
1
1
Address 1
RA = DA
RA = DA
RA = BSSID
RA
Address 2
TA = SA
TA = BSSID
TA = SA
TA
Address3
BSSID
SA
DA
DA
Address 4 (Opc)
N/A
N/A
N/A
SA
ToDS=0, FROMDS=0
ToDS=1, FROMDS=0
ToDS=1, FROMDS=1
ToDS=0, FROMDS=1
68
Nível Enlace
Exemplos de Quadros
Os quadros trazem muitas informações associadas aos
serviços. Ex de quadros:
Type Value Description
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
00
Management
01
Control
01
Control
01
Control
Nível Enlace
Subtype Value Subtype Description
0000
Association Request
0001
Association Response
0010
Reassociation Request
0011
Reassociation Response
0100
Probe Request
0101
Probe Response
0110-0111 Reserved
1000
Beacon
1010
Disassociation
1011
Authentication
1100
Deauthentication
1101-1111 Reserved
1011
Request To Send (RTS)
1100
Clear To Send (CTS)
1101
ACK e controle (Beacon69frame) do AP;
Uso dos canais na faixa ISM
ISM – Industrial, Scientific and Medical
Frequência Central
Número do Canal
Limite Superior
Limite Inferior
2401
1
2423
2426
6
2412
2406
2448
2451
11
2437
2
2428
2431
2411
2462
7
2417
2453
2442
3
2433
2436
8
2422
2416
2458
2447
4
2438
2441
9
2421
5
2443
2446
10
2468
2457
2432
70
2463
2452
2427
2400 MHz
2473
24835 MHz
Banda ISM
Nível Enlace
Riscos
•
•
•
•
•
•
•
Má-configuração
Clientes / Pontos de Acesso não autorizados
Interceptação de tráfego
Interferência / Interrupção
Ataque entre clientes
Ataque contra ponto de acesso
Quebra da informação criptografada
Warchalking: Marcar pontos
com alcance 802.11
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Nível Enlace
Má configuração
AP – configuração default insegura
Parte do endereço
SSID – Acesso à rede
MAC do AP
•“tsunami” – Cisco
indica o fabricante !!
•“linksys” – Linksys
• Sistemas com WEP e WPA foram quebrados.
• Hoje o WPA2 é adotado como o padrão seguro (usa o AES)
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Nível Enlace
RFID



RFID – Radio Frequency Identification: tecnologia usada
em smartcards, implantes em animais, passaportes,
objetos formando uma rede de comunicação;
EPC – Electronic Product Code: Identificador substituto
para código de barras, pode transportar quantidade maior
de informações sendo legível por distâncias de até 10m,
mesmo quando não está visível.
EPC Gen2:
Arquitetura da
Segunda geração
da tecnologia
Nível Enlace
73
RFID




Etiquetas: possuem identificador de 96 bits e memória que
pode ser lida e escrita pela leitora.
Classe 1: etiqueta que não possui bateria e colhe energia
das transmissões de rádio de uma leitora RFID;
Leitoras: Equivalente ao AP. Possuem fonte de energia,
têm várias antenas e definem quando as etiquetas enviam
e recebem mensagens.
É possível ter várias leitoras disputando a mesma área, e
várias etiquetas querendo transmitir => resolver o
problema do acesso.
Tarefa principal da leitora: descobrir identificadores das
etiquetas vizinhas.
Nível Enlace
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RFID – Camada Física


Leitora: está sempre transmitindo um sinal, se leitora ou
etiqueta está se comunicando:
 Se leitora se comunicando o sinal transporta bits.
 Se etiqueta quer se comunicar, pega sinal enviado pela
leitora – portadora fixa sem bits - reflete o sinal. O
resultado é um sinal fraco, que deve ser filtrado para
que a leitora consiga decodificar. A taxa é baixa.
A modulação deve ser simples para ser realizada com
pouca energia: só muda amplitude; 1s maiores que os 0s.
Nível Enlace
75
RFID – Camada de Identificação








Que tal a leitora mandar um broadcast perguntando: que
etiquetas estão aí? Resposta: Muitas colisões...
MAC:
Leitora envia msg Query
Etiquetas (tags) jogam dado para
determinar em que slot responderão
QRepeat fazem tags decrementarem
o contador (indica em que slots
elas podem responder aleatoriamente);
Etiquetas apanham um slot
aleatoriamente para responder com
um número aleatório de 16 bits: RN16;
Se não houver colisão a
leitora confirma – ACK ;
A etiqueta envia o identificador.
Nível Enlace
76
RFID – Camada de Identificação
Questões:
 Porque manda um número curto e já não envia o
identificador? Troca curta, eventual colisão de recuperação
mais rápida. Após transmissão do identificador, a etiqueta
deixa de responder por um tempo a novas Query para as
etiquetas restantes serem identificadas.
 Quantos slots reservar para as etiquetas poderem usar?
Segue a idéia do algoritmo de backoff exponencial: Se
deixar muitos slots, muitos ficaram sem uso; se deixar
poucos slots, haverá muitas colisões. Mensagem QAdjust
para aumentar ou diminuir o intervalo de slots sobre os
quais as etiquetas respondem.
 Só interessa o identificador?
Outras operações podem ser realizadas a partir do
identificador.
Nível Enlace
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Comutação na camada de enlace
Bridges examinam endereços MAC para realizar o
encaminhamento de quadros (equivalente a switches);
São usadas para unir várias LANs físicas uma única LAN
lógica, ou o inverso – separar uma LAN física em várias
LANs lógicas (VLAN). Quando unir?
 Redes autônomas que querem interagir mais que antes;
 LANs geograficamente distantes que pertencem a um
mesmo domínio lógico.
Quando separar?
 Para acomodar carga: qto – estações, + banda p/ cada;
 Confiabilidade (uma estação com defeito pode arruinar a
LAN) e segurança.
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Unir ou separar de forma transparente.
Nível Enlace
Learning Bridges -1
Para fazer o encaminhamento a Bridge deve saber que
estação está em que porta; manter uma tabela hash.
Algoritmo de Aprendizado Reverso: ao chegar um quadro
por uma porta, guardar o MAC de origem na tabela.
Para lidar com alterações da rede, atualizar a informação a
cada quadro que chega e varrer a tabela retirando entradas
antigas.
Problema de inicialização: como enviar um quadro a uma
estação que previamente não enviou quadros, e portanto
não se aprendeu ainda sobre ela?
Algoritmo de inundação: enviar o quadro para todas as
LANs às quais a bridge está conectada. (Isto explica a
recepção de quadros “alheios” na sua placa de rede).
Nível Enlace
79
Learning Bridges - 2
Procedimento de encaminhamento de um quadro que
chega:
1) Porta end. destino = porta end. origem, descarte;
Ex: E p/ F que chegou na porta 2;
2) Porta end. destino # porta end. origem, encaminhe.
Ex: A p/ B : porta destino=2, porta origem=1
3) Porta end. destino desconhecida, inunde, exceto pela
porta origem. Ex: C p/ D, inunde em B1, portas 1,2,4.
Nível Enlace
80
Spanning Tree Bridges - 1
Por confiabilidade poder-se-ia conectar bridges com enlaces
paralelos.
Quadro F0 de A é inundado por B1 como quadros F1 e F2.
Quando chegam a B2, B2 inunda com quadros F3 e F4.
Quando chegam a B1...
Nível Enlace
81
Spanning Tree Bridges - 2
Sobrepor à topologia real uma Spanning Tree que alcance
cada bridge: ignorar conexões potenciais que possam criar
loops. (Na figura ignoram-se os enlaces pontilhados).
Algoritmo spanning tree (IEEE 802.1D): Nós escolhem uma
raíz (menor MAC); encontrar shortest path da raíz a cada
bridge ( em caso de empate, menor MAC)
Nível Enlace
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Virtual LAN - VLAN
No início a geografia superava a lógica. Se dois funcionários
trabalhassem na mesma sala estavam na mesma LAN;
além disso, uma mudança física de um funcionário
implicava em mudança de LAN;
Deseja-se flexibilidade: é interessante desacoplar a rede
física da lógica (via software!).
Razões para organizar quem está em qual LAN:
 Segurança;
 Carga;
 Tráfego de Broadcast – consome banda. (tempestade
de broadcast derrubam a rede);
Nível Enlace
83
Exemplo de 2 VLANs
Duas VLANs cinza e branca em uma LAN com bridges.
 Tabelas informam quais as VLANs são acessíveis em qual
porta. No caso de inundação ou broadcast só se copia o
quadro para as portas da mesma VLAN.
 No caso de um quadro vindo do hub, encaminhar para
VLAN G ou W? Alterar o cabeçalho do quadro Ethernet para
conter a identificação da VLAN a que o quadro pertence.

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Nível Enlace
IEEE 802.1Q
“Colorir” o quadro, a fim de que o switch identifique para onde
encaminhá-lo. No lugar de Tipo: 0x8100 + Prioridade (3 bits)
para QoS + Bit CFI (Canonical Format Indicator - para
compatibilidade com rede Token Ring)
85
Nível Enlace
802.1Q x 802.3
A Ethernet clássica, 802.3 não reconhece uma VLAN
como o B6. Os switches que reconhecem 802.1Q podem
inserir ou retirar a tag.
Ex: (1) Maquina 802.1Q de B1 tem pacote p/ máquina
802.3 de B5: B5 precisa retirar a tag para entregar;
(2) Mesma maq. tem pacote para máquina 802.3 de B6:
B4 precisa retirar a tag.
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Nível Enlace