R&c 02 14_2 - Protocolos (Parte 2)
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1) O documento discute vários tópicos relacionados a redes de computadores, incluindo funções de roteadores, proxies, gateways, detecção e correção de erros, controle de fluxo, protocolos de transmissão de dados, técnicas de acesso ao meio compartilhado e os protocolos Ethernet, ALOHA, CSMA, CSMA/CD e CSMA/CA. 2) É descrito o funcionamento de protocolos como Stop-and-Wait, Go-Back-N e Repetição Seletiva para retransmissão de dados errados
R&c 02 14_2 - Protocolos (Parte 2)
- 1. 73 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 2.9 – As funções dos Routers 1: * 2
- 2. 74 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Funções de Proxy: * Função de representante de rede para o exterior: • Controlo de acessos por utilizador: – Concentrador de ligações a exterior + atribuição de End’s IP – Filtro de aplicações (funcionalidade de Firewall) • Armazenamento temporário de informação efeito cache – Pedido de informação remota é 1º consultado na cache – Só se informação não estiver em cache é que é efetuada consulta a servidor remoto – Cache possibilita maior rapidez de acesso a informação • Monitorização de atividades de utilizadores logs 2.10 – Proxies e Gateways
- 3. 75 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 2.10 – Proxies e Gateways
- 4. 76 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Correção / Deteção de Erros * Função de camada 2 OSI: Ligação de Dados, sub-camada LLC * Códigos de Deteção de Erros • Terminal recetor consegue detetar erros de transmissão • Apropriado para aplicações que possam pedir retransmissão de dados errados • Necessário transmitir bits adicionais (redundantes) para deteção de erros • Ex. bit paridade, Checksum, CRC (+ eficácia => + complexidade) * Códigos de Deteção e Correção de Erros: • Terminal recetor consegue detetar e corrigir erros de transmissão • Apropriado para aplicações que não possam pedir retransmissão de dados errados • Necessário transmitir mais bits adicionais redundantes do que para apenas deteção de erros • Ex. Hamming 2.11 – Controlo do Erros & Fluxo de Dados
- 5. 77 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Deteção/Correção de Erros: * Trama passa a conter n = d + r bits • n = total de bits na trama • d = número de bits que representam dados • r = número de bits adicionais de redundância/verificação • Objetivo: possibilitar deteção/correção de erros • Verificação de Erros: Emissor: re = f(de) Recetor: se rr = f(dr) Não deteta Erro! n 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 d r 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados Rede de dr re = bits redundantes inseridos por Emissor em função de bits de dados de a transmitir rr = bits redundantes recebidos por Recetor para comparação com checksum de dados: dr recebidos
- 6. 78 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Controle de Fluxo (Flow Control): * Função de camada 2 OSI: Ligação de Dados, sub-camada LLC * Terminais Emissor e Recetor podem não ter a mesma capacidade de processamento de dados * Ex. Transmissão de 1 ficheiro para uma impressora * Necessário garantir que Recetor consegue processar /armazenar mensagens recebidas * Exemplo de tarefas a executar por Recetor: * Análise de cabeçalho * Verificação de tipo de mensagem (controlo, dados) * Detecção/Correcção de erros * Capacidade disponível em buffer * Necessário protocolo que “regula” o débito da transmissão * Recetor informar Emissor de timing e quantidade de dados que pode receber num dado instante * Ex. Janela Deslizante 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados
- 7. 79 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Protocolos de Retransmissão de dados errados da camada 2: * Stop-and-Wait * Janela Deslizante (Sliding Window) • Go-Back-n • Repetição Seletiva (Selective Repeat) 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados
- 8. 80 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados Protocolos de Janela Deslizante: * Definição de um nº N de mensagens que podem ser transmitidas / recebidas sem necessitarem de esperar por ACK (confirmação) individual – N = nº mensagens para “preencher” canal enquanto Emissor espera ACKnowledge de 1ª mensagem (da janela) • Janela de Transmissão: nº de mensagens que emissor pode transmitir • Janela de Receção: nº de mensagens que recetor pode receber • Recetor pode retardar o envio de ACK ‘s para controlar fluxo de Emissor • Vantagens de utilização de variantes c janelas c dimensão superior a 1: – Menor tempo de espera para transmissão – Melhor ocupação de canal do que Stop and Wait Protocolo Janela de Transmissão Janela de Receção Stop and Wait Go Back N Selective Repeat 1 1 N 1 2*N -1 N Utilizado por TCP
- 9. 81 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Protocolo Stop and Wait * Caso 1 - Trama correta: • Recetor envia ACK para Emissor poder enviar trama seguinte * Caso 2 - Trama corrompida: • Recetor deteta erro e não envia ACK • Emissor repete transmissão de trama após expirar timer para receção de ACK * Caso 3 - ACK corrompido: • ACK enviado por Recetor para confirmar OK de trama é corrompido • Emissor vai retransmitir trama que Recetor vai receber 2x Tramas numeradas * Desvantagem Pouca eficácia na ocupação do canal de Tx • Não apropriado para canais com grandes tempos de propagação 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados
- 10. 82 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Protocolo Stop-and-Wait Recetor Emissor Trama 1 ACK 1 Trama OK Caso 1: Emissor Trama 1 ACK 1 Recetor OK ACK Corrompido Caso 3: Timer Retransmitir Expira Trama 1 OK Repetida OK ACK 1 Trama Corrompida Trama 1 Trama 1 Caso 2: Não OK OK ACK 1 Timer Retransmitir Expira Trama 2 Trama 2 Trama 2 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados
- 11. 83 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Protocolo Go-Back-N * Não existência de erros janela de transmissão atualizada 1 unidade por cada ACK recebido * Se ocorrer erro Emissor terá que retransmitir trama errada e as seguintes entretanto transmitidas 0 0 1 1 2 3 4 5 2 2 3 4 5 R R R E Erro Janela N=1 Tramas 3,4,5 recusadas Janela N = 4 Emissor Recetor: 3 4 5 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados tempo
- 12. 84 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Protocolo Repetição Seletiva: * Não existência de erros janelas atualizadas após receção de ACK (Emissor) e tramas (Recetor) * Se ocorrer erro Emissor terá que retransmitir apenas trama errada Janela 2*N-1, N=4 0 0 1 1 2 3 3 4 4 5 5 2 2 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 E Erro Janela N=4 Tramas 3,4,5 aceites pela camada ligação de dados Emissor Recetor: 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados
- 13. 85 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Janela Deslizante c ACK+, em função de nº de octetos (bytes) transmitidos * Usado em TCP (C4 OSI) Buffer de Destino 2K 1K Emissor Recetor Aplicação lê 2K 2K ; SEQ=0, 1ª byte=0 ACK=2048 ; WIN=2048 2K ; SEQ=2048 ACK=4096 ; WIN=0 ACK=4096 ; WIN=2048 1K ; SEQ=4096 Vazio = 4K Cheio 2K Aplicação Transmite 2K Pretende Transmitir 3K. Como WIN=2K Só transmite 2K Fica 1K à espera Só tem 1K para transmitir, mesmo como WIN=2K OK OK SEQ: Nº de Sequência de próximo byte a transmitir WIN: Dimensão da Janela Destino 2.11 – Controlo do Erros&Fluxo de Dados tempo Vazio WIN=2K 2K Vazio WIN=0K => Não pode transmitir 2048 = 1º byte de 3ºK (2048=2*1024) 4096 = 1º byte de 5ºK (4096=4*1024)
- 14. 86 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Técnicas de acesso ao meio de transmissão partilhado: * Função de camada 2 OSI: Ligação de Dados, sub-camada MAC * Métodos de Competição (Contenção): • ALOHA • CSMA (Carrier Sense Multiple Access) • CSMA/CD (CSMA with Collision Detection) • CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance) Métodos sem Competição ou por Turnos (Determinísticos): • Controlo Centralizado – Polling • Controlo Distribuído – Passagem de Testemunho – Utilização de Slots 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 15. 87 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 ALOHA * ALOHA é o nome do protocolo de acesso * Baseado em rede rádio de pacotes existente no Havai nos anos 70 - ALOHANET • Comunicação de utilizadores remotos com computador central de Universidade * Todas as estações terminais transmitem à mesma frequência • Grande probabilidade de colisões • Sistema com eficácia razoável apenas para redes com pouco tráfego 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 16. 88 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 ALOHA * Processo de transmissão de mensagens: • Nó emissor transmite mensagem e espera confirmação (ACK) a) Mensagem recebida e sem erros • Recebe ACK (antes de temporizador de controle expirar) b) Mensagem não recebida ou com erros • Não Recebe ACK (antes de temporizador expirar) • Retransmite mensagem • Retransmissão de mensagem – Esperar tempo aleatório para retransmitir • A não receção de ACK deverá ter sido causada por uma colisão com uma mensagem de outro emissor. • Para reduzir probabilidade de nova colisão 2 emissores deverão esperar tempos aleatórios para retransmissão das mensagens 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 17. 89 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 CSMA * Resolve o problema da “surdez” do método ALOHA • Antes de transmissão existe verificação da existência de tráfego na rede • Menor probabilidade de colisão • Restantes características são semelhantes a ALOHA * Método de transmissão aleatório mais popular * Apropriado para LANs: • Tempos de propagação pequenos – Semelhante entre todos os pares fonte-destino • Estado do canal pode ser detetado rapidamente – Quando computador transmite uma mensagem todos os outros podem detetá-la rapidamente 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 18. 90 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 CSMA/CD * Adotado pela tecnologia Ethernet • Tecnologia simples e eficiente + Utilizada em LANs * Melhorar deteção de colisão Menor probabilidade de novas colisões Melhor desempenho • Computadores têm que esperar tempo de sinal de colisão percorrer 2x distância entre computadores mais afastados A B Transmissão A B Colisão Sinal de Colisão Deteção e espera de prolongamento de Sinal de Colisão A B 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 19. 91 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 CSMA/CA * Adotado por Wireless LANs Problema de “nó escondido” • Todos os nós conseguem comunicar com o AP, mas nem todos os nós conseguem comunicar entre si, devido a dificuldades de propagação do sinal * Para transmitir computador A verifica se canal está livre (CSMA) 1) Se ocupado esperar tempo aleatório • Cada t (slot) decrementar contador de tempo aleatório 2) Se livre ou contador aleatório=0 • Enviar mensagem RTS (Request To Send) a B, via AP (Access Point) 3) Se possível Tx B responde com CTS (Clear To Send), via AP 4) Restantes computadores (R) recebem RTS e CTS, via AP, e ficam inibidos de Tx durante NAV (Network Allocation Vector) 5) Após conclusão de Tx B responde com ACK (fim de NAV) A B R RTS CTS Dados ACK NAV Tempo 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 20. 92 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Ethernet * Norma 802.3 IEEE (camada 2, sub-camada MAC de OSI) para LANs * Tecnologia mais utilizada em LANs • Fácil de implementar, gerir e manter • Baixo custo • Compatível com protocolos de restantes níveis * Utiliza CSMA/CD para acesso ao meio de transmissão * Inicialmente utilizada apenas com Bus (físico) * Atualmente utilizado com outras diferentes topologias: • Estrela • Arvore Router Bus Sw Hub Estrela 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 21. 93 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Ethernet * Suporta diferente tecnologias e velocidades Diversas variantes • Notação: x-Base-y x = Velocidade suportada Base = Banda Base (sem modulação) y = Meio de Transmissão utilizado * Exemplos: • 10-Base-5, 10 Mbit/s em Cabo Coaxial, Seg: 500m, Nós/Seg: 100 – Pouco utilizado hoje em dia • 100-Base-TX, 100 Mbit/s em 2xPares Torcido (Cat.5), Seg: 100m – Fast Ethernet com Full Duplex • 1000-Base-LX, 1000 Mbit/s em Fibra Óptica monomódo, Seg: 5 Km – Gigabit Ethernet • 10-GBase-X, 10.000 Mbit/s em Fibra Óptica monomódo, Seg: 40Km – 10 Gigabit Ethernet 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 22. 94 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 PRE – Identificador de chegada de trama pra sincronização de recetor da mesma SFD – Identificador de início de trama DA/SA – Endereços Destino/Fonte Data – Dados, min:46 ; max:1500 bytes FCS – Checksum para controlo de erros de transmissão Estrutura de trama Ethernet: 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 23. 95 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Polling (Escrutínio) * Computador Central da rede interroga terminais periféricos: • Sequencialmente, um a um, se querem transmitir • Apenas o podem fazer nesse instante (slot) * Desvantagem: possível tempo de espera: • Rede com muitos nós, quando apenas uma minoria pretende transmitir • Computadores ficarão muito tempo à espera de receber autorização (“pergunta” ou escrutínio de nó central) • Solução: Multiplexação Estatística: – Nós que pretendam transmitir sejam chamados mais vezes – Aplicação: rede de alarmes lista de escrutínio: A A B C D E E A C D D B Time Slot nós: A, B, C, D, E 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 24. 96 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Passagem de Testemunho * Testemunho (Token): * Padrão especial de bits que circula de nó para nó * Cada nó só pode transmitir quando receber testemunho * Transmissão de uma mensagem: • Nó remove o testemunho da rede e insere a sua mensagem (atrás de outras eventuais mensagens que já circulem), transmitindo o testemunho após a sua mensagem • Após volta completa, a mensagem (agora) inserida é a 1ª mensagem – Facilitar eliminação da mensagem, por nó emissor da mesma • Função de ACKnowledge (nó destino, copia mas não elimina mensagem) * Monitorização de mensagens: • Todos os nós monitorizam as mensagens que estão na rede • Responsáveis por identificar e aceitar (copiar) as mensagens que lhe são dirigidas + modificar bit de ACK • Reencaminham para nó seguinte todas as mensagens 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 25. 97 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Anel com Passagem de Testemunho (token ring) * Corresponde à norma IEEE 802.5 para LANs A B C D E T A-B, C-D 1) T A-B, C-D 2) A Tx Mensagem para B (A-B), a seguir a Testemunho T B lê Mensagem de A (A-B) 3) T A-B C confirma e elimina Mensagem C-D T D-A, A-B D Tx Mensagem para A (D-A) T D-A, A-B 4) 5) 6) T D-A A confirma e elimina A-B A lê D-A 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 26. 98 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 * FDDI - Fiber Distributed Data Interface: • Anel com Passagem de Testemunho (token ring) em MANs • Maior fiabilidade - 2 Anéis (1 Anel em standby ou os 2 em série) • Maior Rede (MAN) – até 1000 nós de rede, em 200 Km, a n Gbit/s • Maior velocidade/distancias - inicialmente 100 Mbit/s, quando surgiu FDDI, Ethernet apenas suportava 10 Mbit/s Testemunho 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 27. 99 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Bus com Slots - DQDB (Distributed Queue Dual Bus) * Corresponde à norma IEEE 802.6 para LANs e MANs (fibra ótica) * Maior velocidade ( ~150 Mbit/s) • 2 Buses unidirecionais para transmissão (Tx) bidirecional • Bus A - slot para TX dados • Bus B - Pedido de Tx (ocupação de slot em Bus A para TX dados) * HoB (Head of Bus) gerador de slots Vice-versa Bus A HoBA HoBB Bus B Pedido Tx Dados 1º 2º A B C Tx de Mensagem de Nó B para C: 1º B pede slot em Bus B (cada nó tem 2 contadores: nº pedidos + posição na queue) 2º B transmite dados em 1º slot livre de Bus A (posição na queue = 1º) Para Tx de B para A 1º B faz pedido em Bus A 2º B transmite em Bus B Terminação 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão
- 28. 100 R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15 Métodos de Competição / Por-turnos * Métodos Por-turnos são mais apropriados para redes que operam sob as seguintes condições: • Transporte de dados sensíveis a atrasos temporais: – Atrasos mais regulares e previsíveis, do que em Competição • Sobrecarga de tráfego • Mecanismos de controlo da rede: – Ex. definição de prioridades entre nós (multiplexação estatística) Carga de Rede Transmissão c sucesso Competição Por-turnos 2.12 – Acesso ao Meio de Transmissão