CSMA/CD e Redes LAN

CSMA/CD
Prof. Edgard Jamhour
email: [email protected]
URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour
Redes TCP/IP
LAN – LOCAL AREA NETWORKS
• A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no
princípio de comunicação com broadcast físico.
A
B
DADOS
A
CRC
B
C
quadro
2000, Edgard Jamhour
QUADRO
• O quadro (frame) é a menor estrutura de informação
transmitida através de uma rede local.
ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM
ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO
A
B
CABEÇALHO
DADOS
CRC
FECHO
2000, Edgard Jamhour
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access/
Collision Detection
A) Uma estação sempre ouve o meio antes de transmitir, e
só transmite se o meio estiver desocupado.
B) Durante a transmissão, a estação compara o que está
transmitindo com o que está recebendo, se for diferente,
então conclui que ocorreu uma colisão.
C) Em caso de colisão, a estação para imediatamente de
transmitir, espera um tempo randômico selecionado entre
0 e T (512 bit times), e tenta novamente.
D) Se houver colisão, o intervalo de tempo randômico é
dobrado novamente (0 a 2xT)
F) Se houver novamente colisão, o passo D é repetido até
16 vezes.
2000, Edgard Jamhour
PROBLEMA 1: O tempo médio para
ganhar o meio aumenta com o número de
computadores da rede.
ESCUTANDO
ESCUTANDO
A
B
C
quadros na fila de espera
2000, Edgard Jamhour
EFEITO DA DISTÂNCIA ENTRE OS
COMPUTADORES
• O tempo de propagação entre as estações afeta
a taxa de ocupação máxima da rede.
T
A
B
A TRANSMITE
B RECEBE
t
A RECEBE
B TRANSMITE
tempo para o sinal ir de A para B
2000, Edgard Jamhour
Exemplo
• Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s:
– Tempo para transmitir um quadro T = 10 10-6 s
• Velocidade de propagação no meio: 200 000 Km/s
– Tempo de propagação: t = 1 10-6 s para 200 m
– Tempo de propagação: t= 10 10-6 para 2 Km
eficiência = T/(T+t)
HALF-DUPLEX
eficiência200m = 91%
L
eficiência2Km = 50%
eficiência100Mbits e 2Km = 9,1%
A
B
2000, Edgard Jamhour
PROBLEMA 2: COLISÃO
A
B
C
COLISÃO DETECTADA POR A
A
A TRANSMITE
t
RECEBIDO DE C
COLISÃO DETECTADA POR C
C
t
RECEBIDO DE A
C TRANSMITE
2000, Edgard Jamhour
Exemplo
• eficiência = 1/(1 + 6,44t/T)
– t: tempo de propagação
• L = 200m então t=1 10-6s
– T: tempo para transmitir o quadro
• T = 10 10-6 s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s)
HALF-DUPLEX
eficienciaL=200m = 60,8 %
L
eficienciaL=2Km = 13,4%
eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 %
A
B
2000, Edgard Jamhour
LIMITAÇÕES DAS LANs
• O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO
– Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o
desempenho da rede diminui na medida em que muitos
computadores são colocados no mesmo barramento.
• A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É
LIMITADA
– Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento
antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver
desocupado.
– Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance
de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado
de colapso e baixo desempenho.
2000, Edgard Jamhour
HUBS
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam
internamente a construção dos barramentos físicos.
HUB
A C
A C
A
A C
B
C
2000, Edgard Jamhour
SWITCH
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a
construção dos barramentos físicos.
PORTA
SWITCH
1
A C
2
3
A C
A C
C A
COMPUTADOR
1
A
3
C
C A
A
B
C
2000, Edgard Jamhour
SWITCH
• Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local
analisando os endereços físicos. Permitem também interligar
dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes.
SWITCH
HUB
A
B
HUB
C
D
E
F
G
2000, Edgard Jamhour
WAN
• A redes WAN utilizam uma tecnologia de transmissão que permite
interligar um número ilimitado de comutadores em distâncias
arbitrariamente grandes.
LAN
roteador
LAN
LAN
Pode ser uma ligação
ponto a ponto
2000, Edgard Jamhour
Roteamento/Comutação
Usuário
broadcast
Nó
Barramento
Link
roteador
Rota 1
Rota 2
Subrede
Ligação ponto a ponto
2000, Edgard Jamhour
Comutação
POR CIRCUITO
NÃO
DATAGRAMA
COMUTAÇÃO
POR PACOTES
ORIENTADA A
CONEXÃO?
SIM
CIRCUITO VIRTUAL
2000, Edgard Jamhour
Redes de comutação por circuito
– Estabelece um caminho dedicado entre a
origem e o destino, antes que a comunicação
se estabeleça.
• Exemplo: TDMA, CDMA, SHD, PDH, etc.
A banda é reservada, independente do tráfego.
A
C
B
D
REDE COMUTADA
POR CIRCUITO
2000, Edgard Jamhour
Redes de comutação por pacote
– Não estabelece um caminho dedicado.
– As informações de endereçamento precisam ser
intercaladas com o próprio fluxo de mensagens, numa
operação de denominada empacotamento.
– Exemplos: TCP/IP, GPRS, etc.
REDE COMUTADA
POR PACOTE
2000, Edgard Jamhour
Redes de pacotes orientadas a conexão
• Também conhecidas como circuito virtual
• Determinam o caminho entre emissor e receptor antes
de iniciar a comunicação.
• Os pacotes chegam sempre na ordem em que foram
enviados.
– Exemplo: ATM e Frame-Relay
IDENTIFICADOR DE
CIRCUITO
VIRTUAL
OUTRAS
INFORMAÇÕES DE
CONTROLE
DADOS
PACOTE NUMA REDE ORIENTADA A CONEXÃO
2000, Edgard Jamhour
Redes de pacotes não orientadas a
conexão
• Também conhecidas como datagrama.
• O caminho é determinado analisando o endereço de cada
pacote.
• Os pacotes podem chegar fora de ordem.
– Exemplo: TCP/IP
ENDEREÇO
DE
ORIGEM
ENDEREÇO
DE
DESTINO
OUTRAS
INFORMAÇÕES DE
CONTROLE
DADOS
PACOTE NUMA REDE NÃO ORIENTADA A CONEXÃO
2000, Edgard Jamhour
REDES
• IP: Não orientadas a conexão
roteador
Utiliza o endereço dos computadores
• ATM: Orientadas a conexão
Utiliza um identificador de conexão
switch
2000, Edgard Jamhour