Capítulo5

Tecnologias de LAN
Endereçamento
 Ethernet
 hubs, bridges, switches

5: Nível de Ligação Lógica
5a-2
Endereços na LAN e ARP
Endereço IP de 32-bit
 Endereço de nível de rede
 Utilizado para enviar os datagramas até à rede de
destino
Endereço de LAN (MAC ou físico)
 Utilizado para enviar o datagrama duma interface
física para outra interface física ligada à mesma
rede
 Endereço MAC de 48 bit MAC (quase todas as
LANs)
introduzido na ROM do adaptador
5: Nível de Ligação Lógica
5a-3
Endereços LAN e ARP
Cada adaptador numa LAN tem um endereço (LAN) MAC diferente
5: Nível de Ligação Lógica
5a-4
Endereços LAN (mais)
 Alocação de Endereços administrada pelo
IEEE
 Fabricantes compram partes do espaço de
endereços MAC para garantir unicidade
 Espaço de endereçamento MAC é plano=>
portabilidade

É possível transferir uma carta de interface
duma LAN para outra
 Endereçamento IP é hierárquico => não é
portável

depende da rede a que está ligado
5: Nível de Ligação Lógica
5a-5
Relembrando as discussões de encaminhamento
Iniciando em A, dado dum
datagrama IP destinado a B: A
223.1.1.1
 Pesquisar endereço de red


Endereço de B é da mesma rede
de A
Nível de ligação lógica envia o
datagrama para B dentro duma
trama de ligação lógica
223.1.2.1
B
223.1.1.2
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.3.27
223.1.1.3
223.1.3.1
Endereços de origem Endereços de origem
e destino da trama
e destino do datagrama
B’s MAC A’s MAC
addr
addr
A’s IP
addr
B’s IP
addr
223.1.2.2
E
223.1.3.2
IP payload
datagrama
trama
5: Nível de Ligação Lógica
5a-6
ARP: Address Resolution Protocol
Questão: dado o endereço IP
de B, como determinar o
endereço MAC?
 Cada nó IP (Host,
Router) na LAN tem
uma tabela de ARP
 Tabela de ARP:
mapeamento de
endereços IP/MAC para
alguns nós da LAN
< IP address; MAC address; TTL>
<
………………………….. >

TTL (Time To Live):
tempo após o qual o
mapeamento é
“esquecido” (typicamente
20 min)
5: Nível de Ligação Lógica
5a-7
Protocolo de ARP
 Nó A sabe o endereço IP de B e quer conhecer o
endereço MAC de B
 A envia em broadcasts um pacote ARP query,
contendo o endereço IP de B
 Todas as máquinas da LAN recebem o pacote ARP
query
 B recebe o pacote ARP query, e responde a A com
ARP reply, contendo o seu endereço de nível físico
 A guarda o mapeamento de endereços IP/MAC de B
até a informação ficar desactualizada (TTL expirar)
 soft state:
• Quando o temporizador referente a uma entrada da
tabela expira a informação é descartada
• Se for recebido algum pacote com o mapeamaento é
5: Nível de Ligação Lógica
refrescada
5a-8
Encaminhando para outra LAN
percorrendo: encaminhamento de A para B através de R
A
R
B
 Na tabela de encaminhamento da estaçãoo de origem, descobrir o
router 111.111.111.110
 Na tabela de ARP da origem, descobrir o endereço MAC E6-E9-0017-BB-4B, etc
5: Nível de Ligação Lógica
5a-9
 A cria um pacote IP com origem A e destino B
 A usa ARP para obter o endereço MAC de 111.111.111.110
 A cria uma trama Ethernet com o endereço MAC do router como
endereço de destino

A trama Ethernet contém o datagrama IP de A para B
 Nível de ligação de dados de A envia a trama Ethernet
 O nível de ligação de dados de R recebe a trama Ethernet
 R remove o datagrama IP da trama Ethernet e verifica que é
destinado a B
 R usa ARP para obter o endereço MAC de B
 R cria uma trama quecontém o datagrama a enviar de A para B
A
R
B
5: Nível de Ligação Lógica 5a-10
Estrutura duma trama Ethernet
O adaptador do emissor encapsula os datagramas IP
(ou outro protocolo de nível de rede) numa trama
Ethernet
Preambulo (Preamble)
 7 bytes com o padrão 10101010 seguidos dum bure
com o padrão 10101011
 usado para sincronizar os ritmos de relógio do
emissor e do receptor
5: Nível de Ligação Lógica 5a-12
Estrutura duma trama Ethernet
 Endereços: 6 bytes, tramas são recebidas por
todos os adaptadores da LAN e descartadas se os
endereços não corresponderem
 Tipo: indica o protocolo de nível superior


normalmente IP
Outros protocolos podem ser suportados, ex: Novell IPX
e AppleTalk)
 CRC: verificado no receptor, se forem detectados
erros a trama é descartada
5: Nível de Ligação Lógica 5a-13
Ethernet: usa CSMA/CD
A: sense channel, if idle
then {
transmit and monitor the channel;
If detect another transmission
then {
abort and send jam signal;
update # collisions;
delay as required by exponential backoff algorithm;
goto A
}
else {done with the frame; set collisions to zero}
}
else {wait until ongoing transmission is over and goto A}
5: Nível de Ligação Lógica 5a-14
CSMA/CD na Ethernet
Jam Signal: serve para assegurar que todas as outras
transmissões tomam conhecimento da colisão; 48
bits;
Exponential Backoff:
 Objectivo: adaptar as tentativas de retransmissão
à situação de carga real da rede

Carga elevada: espera aleatória será elevada
 1ª colisão:
 escolher K de {0,1};
 atrasar a transmissão K x 512 bits
 Depois da 2ª colisão:
 escolher K de {0,1,2,3}…
 Depois de 10 ou mais colisões
 escolher K de {0,1,2,3,4,…,1023}
5: Nível de Ligação Lógica 5a-15
Tecnologias Ethernet: 10Base2
 10: 10Mbps; 2: comprimento máximo do cabo coaxial
é de 200 metros (sem repetidores)
 Cabo coaxial fino numa topologia em bus
 Repetidores usados para ligar múltiplos segmentos
 Repetidores repetem os bits que recebem numa
interface nas outras interfaces: dispositivos de nível
físico!
5: Nível de Ligação Lógica 5a-16
10BaseT e 100BaseT
 Ritmos de 10/100 Mb/s;
 100 Mb/s é chamada de “fast ethernet”
 T significa par entrançado (Twisted Pair)
 Nós são ligados através dum Hub utilizando pares
entrançados, numa topologia em estrela
 CSMA/CD é implementada no hub
5: Nível de Ligação Lógica 5a-17
10BaseT e 100BaseT (more)
 Distância máxima do nó ao Hub é de 100 metros
 Hub obter informação de monitorização,
estatísticas para os administradores das LANs
5: Nível de Ligação Lógica 5a-18
Interligação de LANs
Q: Porque não uma LAN grande?
 Quantidade de tráfego suportado é limitada:
 Numa só LAN todas as estações têm de partilhar a
largura de banda
 Comprimento limitado:
 802.3 específica um comprimento máximo para o cabo
 Domínio de ”colisão” grande
 pode ocorrer colisões com muitas estações
 Nº limitado de estações:
5: Nível de Ligação Lógica 5a-22
Hubs
 Dispositivos de nível físico:
 Essencialmente repetidores
 Hubs podem ser usados numa hierarquia,
com os hubs de backbone no topo
5: Nível de Ligação Lógica 5a-23
Hubs (mais)
 Cada LAN que se liga ao HUB é um segmento de LAN
 Hubs não isolam domínios de colisão:
 Um nó pode colidir com qualquer nó, que resida em qualquer
segmento da LAN
 Vantagens dos Hub:
 Dispositivos
simples e de baixo custo
 Hierarquia multi-nível permite uma degradação suave:
se um HUB deixar de funcionar só uma porção da LAN
é que deixa de funcionar
 Aumenta a distância entre pares de nós (100m por
Hub)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-24
Limitações dos Hub
 Um único domínio de colisão não permite aumentar
o débito máximo
 Débito da hierarquia multi-nível e de um só nível
é o mesmo
 Restrições das LANs individuais impõem limutações
no nº máximo de nós no mesmo domínio de colisão e
na área geográfica que é possível cobrir
 Não pode interligar diferentes tipos de Ethernet
(e.g., 10BaseT and 100baseT)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-25
Bridges
 Dispositivos de nível de ligação lógica:
 operam nas tramas Ethernet
 Examinam os cabeçalhos das tramas
 Efectuam o encaminhamento selectivo, baseado
no endereço MAC de destino
 Bridge isolam domínios de colisão porque
armazenam as tramas
 Quando uma trama vai ser enviada num
segmento:

bridge usa CSMA/CD para aceder ao segmento
e transmitir
5: Nível de Ligação Lógica 5a-26
Bridges (mais)
 Vantagens das

Bridge:
Isolamento dos domínios de colisão resulta:
• num débito total superior
• Não impõe limitações ao número de nós
• Não impõe limitações à àrea geográfica coberta


Pode ligar diferentes tipos de Ethernet uma vez
que é um disposito store and forward
Transparente: não implica alterações nos
adapatadores das estações das LANs
5: Nível de Ligação Lógica 5a-27
Bridges: filtragem e forwarding das tramas
 bridges filtram as tramas

Tramas do mesmo segmento de rede não são
enviadas para outro segmento
 forwarding:
 Como saber qual o segmento de LAN a utilizar
para enviar (forward) a trama ?
 É parecido com o problema do encaminhamento
(não igual !!)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-28
Backbone Bridge
5: Nível de Ligação Lógica 5a-29
Interligação sem Backbone
 Não é recomendada por duas razões:
- um único ponto de falha no hub Computer Science
- todo o tráfego entre EE e SE tem de passar pelo segmento CS
5: Nível de Ligação Lógica 5a-30
Filtragem das Bridge
 bridges aprendem que estações podem ser alcançadas
através de que interfaces: mantêm tabelas de
filtragem
 Quando uma trama é recebida a bridge “aprende” a
localização do emissor: segmento da LAN de origem
 Armazena a localização do emissor na tabela fe
filtragem
 Entrada da tabela de filtragem:
 (Node LAN Address, Bridge Interface, Time Stamp)
 Entradas descartadas por time-out (TTL pode ser
de 60 minutos)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-31
Exemplo de aprendizagem duma Bridge
C envia uma trama para D e D responde a C
 C envia a trama, a bridge não tem informação sobre D:
 Envia em difusão para as duas LANs
 A bridge verifica que C está no porto 1
 A trama é ignorada na LAN de cima
 A trama é recebida em D
5: Nível de Ligação Lógica 5a-33
Exemplo de aprendizagem duma Bridge
 D gera uma resposta para C e envia-a
A bridge detecta que a trama vem de D
 A bridge regista que D está na sua interface 2
 A bridge sabe que C está na interface 1,

• Envia a trama (forward) selectivamente através da
interface 1
5: Nível de Ligação Lógica 5a-34
WWF Bridges vs. Routers
 Ambos são dispositivos do tipo store and forward
 routers: nível de rede
 Bridges: nível de ligação lógica
 Os routers mantêm tabelas de routing e
implementam algoritmos de routing
 As bridges mantêm tabelas de filtragem e
implementam algoritmos de filtrage, de
aprendizagem e outros que não falámos (spanning
tree)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-36
Routers vs. Bridges
Bridges + and + A operação duma Bridge é mais simples e requer
menos processamento e largura de banda
- As topologias são limitadas: a spanning tree (não
estudado) deve ser utilizado para evitar ciclos
fechados
- As Bridges não oferecem protecção contra
broadcast storms (broadcast sem fim, será
enviado (forwarded) pela bridge)
5: Nível de Ligação Lógica 5a-37
Routers vs. Bridges
Routers + and + Pode suportar qualquer tipo de topologia
Ciclos limitados pelo TTL e por bons protocolos de
routing
+ fornece protecção de firewall contra broadcast
storms
- requer configuração do endereço IP addres (não é do
tipo plug and play)
- requer mais processamento e largura de banda
5: Nível de Ligação Lógica 5a-38