Technologie Internet : Protocoles d `applications (1)

Redes de computadores:
Sub-Camada de Access ao Meio(2)
Prof. Dr. Amine BERQIA
[email protected]
http://w3.ualg.pt/~bamine/
NORMA IEEE 802.3: ETHERNET(1)
É uma LAN tipo CSMA/CD 1-persistente. Origem no Aloha.
CABOS:
Name
10 Base 5
10 Base 2
10 Base T
10 Base F
Cable
Thick Coax
Thin Coax
Twisted Pair
Fiber Optics
Max Segment
500 m
200 m
100 m
2000 m
Nodes/seg.
100
30
1024
1024
Advantages
Good for Backbones
Cheapest System
Easy Maintenance
Best between buildings
NORMA IEEE 802.3: ETHERNET(2)
Repetidores.
Podem-se ligar
múltiplos cabos.
O repetidor é
transparente do
ponto de vista
de software.
Codificação Manchester
Seria fácil se:
binário 0 = 0 volts
binário 1 = 5 volts
Mas não existe forma de distinguir um 0 de nada-acontecer. É preciso saber quando é o
meio de bit SEM um relógio.
802.3 PROTOCOL SUB-CAMADA
MAC(1)
Definição de pacote
Preâmbulo
Start
Dest
multicast
broadcast
Source
Comprimento
Data
Pad
== 7 bytes de 10101010
== 1 byte de 10101011
== 6 bytes de endereço mac
== envio para grupo de estações.
== (dest. = todos os 1's) para todas as estações na rede
== 6 bytes de endereço mac
== número de bytes de dados
== vem da camada de rede
== assegura 64 bytes de dest addr até à soma de verificação.
O Pad assegura que a transmissão demora tempo suficiente para ainda está esteja a ser enviado
quando o primeiro bit alcançar o destino. O quadro precisa ainda estar saindo quando o ruído da colisão
de outra das estações volta ao remetente.
Checksum
== 4 bytes de CRC.
802.3 PROTOCOL SUB-CAMADA
MAC(2)
Porque é necessário Tamanho de Pacote mínimo.
802.3 PROTOCOL SUB-CAMADA
MAC(3)
ALGORITMO DE BACKOFF EXPONENCIAL BINÁRIO:
Depois dum colisão a estação espera ou 0 ou 1 slots. Se colide
novamente enquanto faz este envio, escolhe um tempo de 0,1,2,3 slots.
Se colide novamente o tempo de espera é de 0 a 23 -1 vezes. Tempo Max
é de 210 -1 (ou igual a 10 colisões.) Depois de 16 colisões, é gerado uma
informação de erro.
A slot é determinada pelo pior caso de tempo; 500 metros X 4
repetidores = 512 tempos de bit = 51.2 microsegundos.
500 m  Rep  500 m  Rep  500 m  Rep  500 m  Rep 
500 m 
O Algoritmo adapta-se ao numero de estações.
802.3 DESEMPENHO
Note que a eficiencia do canal depende de
F – comprimento do quadro,
B – largura de banda,
L – comprimento do cabo
c – velocidade da propagação do sinal
e -- numero óptimo de slots contenção por
quadro. (512 bits = 64 bytes significa que
quadro de 64 bytes tem valor == 1.) MAS,
este não é o valor óptimo.
1
eficiência do canal = --------------------1 + 2BLe/cF
Nota: Esforços de molhoria focam em B e L,
ambos fazem diminuir a eficiência.
Nota de padrões de trafego; chegadas não são
Poisson, mas similares entre si . Significa
que flutuações podem ocorrer na escala
de observação (parecido aos fractais.)
LANs 802.3 Comutadas (Switched)
Utiliza 10Base-T para cada um das estações. É um chassi de alta velocidade entre os
conectores. Funciona na base do principio que podem ser encaminhados muitos
pedidos dentro do comutador. Alivia congestão no repetidor.
Encaminhamento –
Destinos locais (on-switch) são encaminhados directamente para a porta apropriada.
Destinos para fora são enviados ao chassis(backplane).
Detecção de colisão As conexões na comutador forma de a
sua própria LAN e controla
colisões
que
como
vimos
anteriormente. Os comutador
acumula a transmissão em buffers
(memórias) assegurando que
nenhuma colisão aconteça.
NORMA IEEE 802.4 TOKEN BUS(1)


Um anel, em que as estações tomam a sua vez é deterministico.
Utiliza um anel lógico em cabo linear.
Mecanismo:

Todas as estações estão numeradas; estação sabe de # seus
vizinhos.
 UM token(testemunho), necessário para poder enviar, é
inicializado pela estação de número mais alto.
 UMA estação, que recebe o token, faz um envio se tiver um
pedido, e depois envia o token para seu vizinho lógico (não
necessariamente físico).

Activação:

Estações podem entrar e sair do bus, sem quebrar o mecanismo.
 Cabling  Utiliza cabo coaxial de 75 ohm. Velocidades são 1, 5, 10 Mbps.
NORMA IEEE 802.4 TOKEN BUS(2)
PROTOCOLO TOKEN BUS DE SUBCAMADA MAC :

Estação tem 4 prioridades possíveis, 0, 2, 4, 6; estação mantém 4 filas para
pedidos.
 Dentro de cada estação,

Token(testemunho) chega primeiro á fila de prioridade 6. Estação
envia aconteça até que nada para enviar OU temporizador expira.
 Token(testemunho) segue para fila de prioridade 4. Estação envia até
que nada para enviar OU cronometro expira.
 E assim por diante. . . .

Acerto adequado dos vários temporizadores assegura que pedidos de
prioridade mais alta acontecem primeiro.
NORMA IEEE 802.4 TOKEN BUS(3)
O formato do quadro:
Campos são:
Preâmbulo
Delimitador Start/End
Controlo de quadro
Endereço de destino
Endereço de fonte
Dados
Checksum
- utilizado para sincronizar o relógio do receptor.
- contém uma Codificação de Manchester (ilegal).
- contem controlo dos dados. Contem prioridade de
pacotes de dados.
- (igual a 802.3) - normalmente 6 bytes.
- (igual a 802.3) - normalmente 6 bytes.
- GRANDE - 8182 ou 8174 bytes
- (igual a 802.3)
TOKEN BUS:
MANUTENÇÃO DO ANEL LÓGICO(1)
Quadros de controle para manutenção do anel:
SOLICIT_SUCCESSOR: Fornece endereço do emissor e endereço do sucessor corrente. Estações
que não no anel, com endereço entre estes dois são convidados licitar para ser inserido.
 Nenhuma resposta dentro de determinado tempo ==> continua como antes.
 Uma resposta ==> recém-chegado é inserido; torna-se o novo sucessor.
 Duas ou mais respostas ==> respostas colidem portanto invalidas.
TOKEN BUS:
MANUTENÇÃO DO ANEL LÓGICO(2)
Quadros de controlo para manutenção do anel:
RESOLVE_CONTENTION:
Faz com que estações que respondem não tentem tornarem-se sucessoras de imediato,
mas sim utilizem uma contagem decrescente binária de 0, 1, 2, ou 3 slots. Mecanismo
também assegura que tráfego não é reduzido pela solicitação. (limita a tempos mais
lentos.)
SET_SUCCESSOR: Utilizado pelas estações que saiam do anel. Enviado ao antecessor para
indicar que o sucessor da que abandona é agora o sucessor do antecessor.
WHO_FOLLOWS: O emissor do testemunho escuta para assegurara que o sucessor recebeu
e passou o testemunho. Se não acontece, envia um WHO_FOLLOWS ao sucessor da
estaçãoem falha que envia um SET_SUCCESSOR ao antecessor do falhado.
SOLICIT_SUCCESSOR_2: - O emissor do testemunho não consegue encontrar o sucessor e
não há resposta a um WHO_FOLLOWS; Isto provoca que todas as estações tenha que
licitar novamente para um lugar no anel – é como começar de novo.
CLAIM_TOKEN: Se o detentor do testemunho bloquear então não passa nada no anel. Os
temporizadores de todas as estações desligam e o algoritmo de contenção determina
quem consegue gerar o testemunho.
NORMA IEEE 802.5: TOKEN RING(1)

Não de difusão mas de ponto a ponto.
 Todo digital em vez de analógico
(como utilizado pelo 802.3 para
detecção de colisão.)
 Escolhido pela IBM para a sua LAN;
incluído pelo IEEE como Token
Ring.
 Calcular o numero de bits no anel em
qualquer momento:
 A R Mbps, um bit emitido cada 1/R
microsegundos (usecs).
 À veloc. de 200 m/usec, cada bit
ocupa
200/R metros do anel.
Portanto um anel de 1 Mbps, com
uma circunferência de 1000 metros
tem apenas 5 bits em cima dele num
qualquer momento.
 Alem disso, existe um atraso de 1 bit em
cada estação. (Bit de dados pode se
alterado antes de ser encaminhado.)
Testemunho tem 3 bytes. Deve
existir demora suficiente no anel de
forma que o testemunho inteiro
esteja lá. Por que?? Estações podem
desligar, etc. – não existe garantia
que estações contribuam para
atraso. Portanto pode ser preciso
adicionar demora artificial.
NORMA IEEE 802.5: TOKEN RING(2)




Arbitragem:
Tem de segurar o testemunho para poder transmitir
Modo Escuta:
Entrada apenas copiada para saída.
Transmita modo:
Captura o testemunho e coloca dados próprios no anel. À
medida que os dados do remetente dão a volta, remove
dados. No fim da transmissão, devolve o testemunho.
Receptor pode ACK recepção trocando um bit no fim de
pacote.
Eficiência é excelente:
Em alto utilização, com muitas estações a transmitir,
adquirirem o testemunho uma após a a outra.
NORMA IEEE 802.5: TOKEN RING(3)
Cabos:
Par trançado blindado/ 1 ou
4 Mbps.
Codificação Diferencial
de Manchester.
Fiabilidade-- Anel em
forma de Estrela
PROTOCOLO TOKEN RING DE
SUBCAMADA MAC(1)
Componentes da estrutura do quadro:
SD, ED
CA
Delimitadores - têm codificação ilegal para não ser confundido como dados.
Controle de Acesso, contem bits para,:
O bit de testemunho – troca este bit e é um preâmbulo de dados
Bit de monitor,
Bits de prioridade,
Bits de reserva
Controle de quadro Fornece numerosas opções de controlo.
Endereços/checksum de Origem/Destino
Igual a 802.3 & 802.4.
PROTOCOLO TOKEN RING DE
SUBCAMADA MAC(2)
Componentes de Estrutura do quadro:
Estado do Quadro
bit A – o receptor pretendido recebeu o pacote
bit C - o receptor copiou o pacote para os seus buffers.
Serve como reconhecimento (ACK).
Prioridades –
Testemunho dá prioridade deste testemunho – emissor tem de
esperar por testemunho de prioridade correcta. O byte de
controlo de acesso (do testemunho ou quadro de dados) tem bits
de reserva. À medida que passa o quadro, um requisitante pode
dizer que quer o testemunho àquela prioridade na próxima volta.
PROTOCOLO TOKEN RING DE
SUBCAMADA MAC(3)
MANUTENÇÃO DO ANEL:
Estação de monitorização vigia o anel, mas em caso de falha qualquer
estação pode se tornar monitor.CLAIM_TOKEN é um pedido para se tornar
o novo monitor.
Monitor vigia:
– . Administração de testemunho perdido - Se temporizador disser que testemunho não
visto por algum tempo, produz-se um novo.
– . Quadros órfão - (Quadro no anel, mas remetente bloqueia antes de escoar o.) Coloca a 1
bit de monitor no byte de controlo de acesso. Se na próxima volta este bit estiver a 1,
então algo está errado.
– . Quadro Adulterado – Monitor escoa quadro e emite novo testemunho.
– . Tempo de atraso - Assegura atraso suficiente para que testemunho caiba inteiro no anel.
Anéis quebrados são tratados por qualquer estação que vizinho inalcançável.
Utiliza
Controlo tipo BEACON.
Gestão de testemunho controlada pelo monitor por isso não descentralizada.
Gestão mais fácil, mas susceptível a comportamento estranho.
COMPARAÇÕES DE 802.3, 802.4, E
802.5:
POSITIVES
NEGATIVES
Has analog requirements.
Must detect possible weak remote station.
802.4 Highly reliable hardware.
More deterministic except
when token is lost.
Supports priorities.
Good throughput and
efficiency.
Cable can support
multiple channels.
Lots of analog.
Complex protocol.
Delay at low load waiting for token.
802.5 Connections are
Point-to-point.
Simple engineering.
Fully digital.
Use many media.
Priorities possible.
Short & long frames
possible.
Good throughput and
efficiency.
Centralized control means
critical component.
Delay at low load waiting for token.
Minimumsize = 64 bytes.
Non-deterministic/no priorities.
Short cable length.
Efficiency drops at higher speeds.
Small installed base.
Duuma forma geral, as diferenças são
pequenas. Todas as três têm aproximadamente
mesma tecnologia e velocidade.
802.3 Large installed base.
Simple protocol.
Good configurability.
Passive and cheap cable.
Low latency (no waiting
for token.)
IEEE 802.2: Controlo de Ligação
Lógica
Endereço
Destino
Entidade
Protocolo
LLC
Endereço
Origem
Controlo
Informação
Set mode/Information/
Entidade
Acknowledge/Poll
Protocolo
LLC
Set mode/Information/
Acknowledge/Poll
LLC Quando é necessário um protocolo
de ligação de dados fiável com controlo de
fluxo e de erros.
Também oculta diferenças inerentes nos
802.3/4/5 da camada de rede.
Três possíveis opções:
o Serviço datagrama não fiável.
o Serviço de datagrama confirmado (Ack).
o Serviço orientado a conexão fiável.