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Camada de Enlace de Dados
Redes de Computadores3. Camada de Enlace de Dados
Elvio Leonardo
DIN/CTC/UEM
2008
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Funcoes Principais
I Lidar com erros de transmissao
I Regular o fluxo de dados
I Enquadramento:
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Funcoes Principais
I Divide informacao em quadros:I Verifica se quadros chegaram corretamenteI Caso contrario:
I Descarta quadro eI Solicita retransmissao somente do quadro e nao de toda a
informacao
I Servicos oferecidos a Camada de Rede:I Servico sem conexao e sem confirmacaoI Servico sem conexao com confirmacaoI Servico orientado a conexoes com confirmacao
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Enquadramento com Contador
(a) recepcao sem erros (b) recepcao com erros
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Enquadramento com Byte Stuffing
(a) quadro delimitado por flag bytes (b) exemplos de sequencias de bytes antes e depois do stuffing
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Enquadramento com Bit Stuffing
I Permite caracteres com qualquer numero de bitsI Cada quadro comeca e termina com uma sequencia padrao
I Exemplo: 01111110
I Caso o padrao aconteca no campo de dados, bits sao incluıdospara quebrar a sequencia
(a) sequencia original (b) sequencia apos bit stuffing (c) sequencia apos de-stuffing
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Deteccao e Correcao de ErrosI Existem codigos detectores de erros e codigos detectores e
corretores de errosI Codigo adicionam redundancia
I Seja k o numero de bits de informacaoI Seja r o numero de bits adicionados para protecaoI Seja n = k + r o numero total de bitsI Portanto, das 2n palavras possıveis utilizam-se apenas 2k
I Hamming Distance (Distancia Hamming) = DH(w1, w2)I Numero de bits diferentes entre as palavras w1 e w2
I A Distancia Hamming de um codigo e a menor distancia dentre quaisquer duas palavras do codigo
I Deteccao de n bits erradosI Distancia Hamming do codigo = n + 1
I Correcao de n bits erradosI Distancia Hamming do codigo = 2n + 1
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Paridade
I Acrescenta 1 bit a palavra de informacao de maneira que onumero de bits com valor 1 na palavra transmitida fique par(ou impar)
I Exemplo: 10101 + 1 = 101011 (para paridade par)I Exemplo: 10101 + 0 = 101010 (para paridade ımpar)
I No receptor, a informacao recebida esta errada quando onumero de bits com valor 1 na palavra recebida naocorresponde ao esperado
I A Distancia Hamming deste codigo e d = 2 e portanto capazde detectar erro em 1 bit, mas incapaz de corrigir qualquererro
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Repeticao
I Repete cada bit n vezesI Exemplo (com n = 3): 1 + 11 = 111
I No receptor, se os bits nao aparecem em trincas significa erro
I A Distancia Hamming do codigo e d = 3 e portanto ele ecapaz de detectar erros em ate 2 bits e corrigir erro em 1 bit
I Exemplos para transmissao de 111:I Erro em 1 bit: Recepcao de 110 e corrigido para 111 e e
corretamente decodificado como bit de informacao 1I Erro em 2 bits: Recepcao de 100 e corrigido para 000 e e
incorretamente decodificado como bit de informacao 0
I Codigo ineficiente (neste caso, reduzindo a vazao em 3 vezesou redundancia de 67% para apenas d = 3)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Codigos de HammingI Codigos de bloco criados por Richard Hamming, com
distancia d = 3 (portanto corrige erros em 1 bit e detectaerros em ate 2 bits)
I Bits de redundancia = r (r ≥ 2)I Bits de informacao = k = 2r − r − 1I Comprimento total = n = k + r = 2r − 1
I Exemplos:I r = 2, n = 3 e k = 1 (redundancia de 2/3 ≈ 67%)I r = 3, n = 7 e k = 4 (redundancia de 3/7 ≈ 43%)I r = 4, n = 15 e k = 11 (redundancia de 4/15 ≈ 27%)I r = 10, n = 1023 e k = 1013 (redundancia de 10/1023 ≈ 1%)I Eficiencia do codigo aumenta com o comprimento
I Posicao dos bits:I Bits de redundancia = multiplos de 2 = 1, 2, 4, 8, . . .I Bits de informacao = demais posicoes
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Codigos de HammingI Exemplo:
I Codigo de Hamming com n = 15, k = 11 e r = 4
posicao → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15bits → p1 p2 d1 p3 d2 d3 d4 p4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 d11
informacao di → 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0paridade p1 → X X X X X X X Xparidade p2 → X X X X X X X Xparidade p3 → X X X X X X X Xparidade p4 → X X X X X X X Xtransmitido → 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
recebido → 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0paridade p1 → E X X X X X X Xparidade p2 → E X X X X X X Xparidade p3 → X X X X X X X Xparidade p4 → E X X X X X X Xcorrigido → 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Cyclic Redundancy Check (CRC)
I O que e melhor: corrigir ou apenas detectar?
I Exemplo:
I Enlace com taxa de erro de bit de 10−6 (1 bit errado a cada106 = 1.000.000)
I Comunicacao em blocos de 1000 bits
I Correcao de erros simples:I Utilizando Codigo de Hamming, r = 10, n = 1023 e k = 1013I Custo da correcao de aproximadamente 1%
I Deteccao de erros simples:I Utilizando 1 bit de paridade por bloco, custo de 0,1%I Retransmissao de blocos errados (1 a cada 1000 blocos),
custo de 0,1%I Custo total de 0,2%
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
CRC
I Codigos cıclicos utilizados na deteccao de erros
I Produz um checksum que e enviado com a informacao
I Consegue detectar:I qualquer polinomio de erro E (x) que nao e divisıvel por G (x)I qualquer erro simples desde que o polinomio gerador G (x)
tenha 2 ou mais termosI qualquer erro duplo cuja distancia seja menor que a ordem de
G (x)I qualquer erro de um numero ımpar de bits desde que G (x) seja
multiplo de (x + 1)I erros em rajadas com comprimento ate a ordem de G (x) desde
que G (x) tenha o termo x0
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
CRC
I RepresentacaoI Codigo descrito pelo polinomio gerador G (x) de ordem rI Informacao descrita pelo polinomio M(x)I Operacoes em modulo 2, sem emprestimo na subtracao ou
carregamento na adicao
I OperacaoI Acrescentar r bits 0 ao polinomio M(x), isto e, x rM(x)I Realizar a divisao x rM(x)/G (x) e transmitir o resto desta
operacao junto com a informacao
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
CRC
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
CRC
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Specification and Description Language (SDL)
I Recomendacao ITU Z.100
I Linguagem de especificacao para sistemas reativosdistribuıdos, inicialmente para sistemas de telecomunicacoes,mas que hoje tem aplicacao mais ampla
I Possui representacao grafica e textual
I Possui linguagem formal para especificacao clara, precisa esem ambiguidades
I Pode ser utilizada em ferramentas de geracao automatica decodigo
I Pode ser utilizada em ferramentas de simulacao de sistemas
I Define padrao publico (nao proprietario)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
SDL: SistemaI Sistema e composto de blocos conectados por canaisI Canais carregam sinais entre blocos e com o exterior
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
SDL: BlocoI Bloco e composto de processos conectados por canaisI Canais carregam sinais entre processos e com o exterior
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
SDL: ProcessoI Processo contem a maquina de estados
I Processo consome e produz sinais (consome estımulos eproduz respostas)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
SDL: Processo
I Processo contem tarefas, decisoes e procedimentos
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
SDL: ProcedimentoI Procedimento e equivalente a subrotinas
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Message Sequence Chart (MSC)I Utilizado para mostrar o comportamento dinamico do sistema
atraves de sequencias de mensagens
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Protocolo Simplex Sem Erros e Sem Restricoes
pacote
único
quadro
-
quadro
único
pacote
-
Transmissor Receptor
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Protocolo Simplex Stop-and-Go Sem Erros
pacote
vazio
quadro
espera
Receptor
ack
-
pacote
espera
espera
ack
vazio
trata erro confirma
quadro
vazio
ack
-
pacote
Transmissor
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Protocolo Simplex Stop-and-Go Com Ruıdo
pacote
vazio
quadro(seq)
espera
*
-
pacote
espera
espera
ack
vazio
trata erro
confirma
Transmissor
iniciatempor.
timeout
falha
cnt_tx = 1
cancelatempor. cnt_tx <
max?quadro(seq)
-
iniciatempor.
cnt_tx =cnt_tx + 1vazio
cancelatransm.
SN
seq = -1
incr(seq)
Receptor nao mostrado; receptor deve detectar recepcao duplicada do mesmo quadro
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Melhorias
I Transmissao bi-direcional
I Piggybacking: espera um pacote de dados para embutir eenviar o ACK
I Quanto tempo esperar por esse pacote de dados?
I Fazer pacote de ACK curto (sem campo de dados)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Janelas Deslizantes
I Janela de comprimento n
I Transmissor precisa de buffer com n posicoes para quadrospendentes (sem recebimento de ACK)
I Transmissor envia ate que, no maximo, n pacotes fiquempendentes
I Envia ate pacote numero (acked + n)I Numeracao dos pacotes em formato circular
I Numeracao de 0 ate n
I Recebimento de ACK para pacote m implica emacknowledgement de todos os pacotes anteriores
I Veja exemplo de codigo no livro texto
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Janelas DeslizantesI Exemplo para n = 7
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Janelas Deslizantes
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Go-Back-N e Retransmissao Seletiva
(a) Go-back-n (b) Retransmissao seletiva
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
High-level Data Link Control (HDLC)I Desenvolvido pela ISO, base para o LAPB (Link Access
Protocol, Balanced) da ITUI Desbalanceado: configuracao onde existe uma estacao
principal que controla o enlaceI Balanceado: inexistencia da relacao mestre-escravo, isto e,
qualquer estacao pode iniciar a comunicacaoI Orientado a bit, com utilizacao de bit stuffingI Modos
I Normal Response Mode (NRM): modo desbalanceado ondeestacoes secundarias somente transmitem se autorizadas pelaestacao principal; pode ser ponto-a-ponto ou multiponto
I Asynchronous Response Mode (ARM): modo desbalanceadoque permite a estacao secundaria iniciar a comunicacao
I Asynchronous Balanced Mode (ABM): enlaces full-duplexponto-a-ponto; utilizado no X.25
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
High-level Data Link Control (HDLC)
I Estrutura do quadroI Flag: delimita o quadroI Address (Endereco): desnecessario em linhas ponto-a-ponto
(utilizado para distincao entre comandos e respostas)I Control (Controle): identifica tipo de quadro, inclui numero
de sequencia e outros controlesI Data (Dado): quando presente, contem informacao de usuarioI Checksum: contem redundancia do tipo CRC
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
High-level Data Link Control (HDLC)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
High-level Data Link Control (HDLC)I Quadros de supervisao
I Receive Ready (RR): usado para o confirmacao positivaI Reject (REJ): confirmacao negativaI Receive Not Ready (RNR): controle de fluxoI Selective Reject (SREJ): solicita retransmissao do quadro
especificado
I Quadros nao numeradosI Disconnect (DISC): desconectar o enlaceI Set Asynchronous Balanced Mode (SABM): solicitacao para
estabelecimento de enlace balanceadoI Set Normal Response Mode (SNRM): estabelecer enlace
desbalanceadoI Unnumbered Acknowledgement (UA): confirmacao generica de
recebimentoI Unnumbered Information (UI): informacao generica de camada
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High-level Data Link Control (HDLC)
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High-level Data Link Control (HDLC)
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High-level Data Link Control (HDLC)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Point-to-Point Protocol (PPP)I Descrito pela RFC 1661I Utilizado na transmissao de pacotes sobre cabo serial, linha
telefonica, telefone celular, enlace de radio ou fibra oticaI Composto por 3 partes:
I Encapsulamento de datagramasI Link Control Protocol (LCP)I Network Control Protocol (NCP)
I Encapsulamento:I Baseado no HLDC (exceto que orientado a bytes)I Protocolo: especifica o protocolo (LCP, NCP, IP, etc.)I Checksum: para detectar quadros com erros (similar ao CRC,
com 16 ou 32 bits)
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Link Control Protocol (LCP)
I Estabelecer, configurar, manter, terminar e testar o enlace dedados
I Usado para:I Iniciar e terminar a conexaoI Formato de encapsulamentoI Limites de tamanho dos pacotesI Detectar erros de configuracaoI Detectar loops infinitos
I Opcionalmente:I Autenticacao de identificacao
I Password Authentication Protocol (PAP)I Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP)
I Verificacao da qualidade do enlace
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Network Control Protocol (NCP)
I Composto por uma famılia de protocolos que se ajustam aoprotocolo de rede utilizado
I Exemplos:I Internet Protocol Control Protocol (IPCP): utilizado para IPI Internetworking Packet Exchange Control Protocol (IPXCP):
utilizado para IPXI NetBIOS Frames Control Protocol (NBFCP): utilizado para
NBFI IP Version 6 Control Protocol (IPv6CP): utilizado para IP
versao 6
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Camada de Enlace de Dados
IntroducaoEnquadramentoControle de ErrosEstudos de Caso
Estados do PPP
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