Aula3 Camada Fisica-enlace

Camadas: Física e Enlace

Prof. Fernando Dias

Modelo OSI - Física n

Camada 1 - Física q

n

Para definir em poucas palavras a camada 1, pense em sinais e meios.

Camada 2 - Enlace q q

q

Fornece trânsito seguro de dados através de um link físico. Trata do endereçamento físico (em oposição ao endereçamento lógico), da topologia de rede, do acesso à rede, da notificação de erro, da entrega ordenada de quadros e do controle de fluxo. Para lembrar da camada 2, pense em quadros e controle de acesso ao meio.

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Domínio de Colisão n

Colisão q

n

Rede Pequena q

n

Quando dois bits de propagam ao mesmo tempo e na mesma rede Dois computadores (poderiam se revezar em mandar a informação)

Rede Grande (Problema?) q

Muitos computadores conectados em redes querendo comunicar milhões de bits a cada segundo

Domínio de Colisão n

Tráfego pesado na rede q

Problemas n n n n n

n

Lentidão Colisão Apenas um dispositivo pode conversar por vez (Ethernet – CSMA/CD) Caso todos estejam no mesmo segmento Várias pessoas tentando o acesso ao mesmo tempo na rede

A área dentro da rede, onde os pacotes de dados foram originados e colididos, é chamada de domínio de colisão e inclui todos os ambientes de meios compartilhados.

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Domínio de Colisão

Domínio de Colisão n n

n

n

Quando uma colisão ocorre, os pacotes de dados que estão envolvidos são aos poucos destruídos. Para evitar esse problema, a rede deve ter um sistema que consiga gerenciar a competição no meio (contenção). Por exemplo, um sistema digital pode reconhecer apenas dois estados de voltagem, luz ou onda eletromagnética. Portanto, em uma colisão, os sinais interferem, ou colidem, entre si. q

Da mesma forma que dois carros não podem ocupar o mesmo espaço na mesma rua ao mesmo tempo, dois sinais também não.

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Domínio de Colisão

Domínio de Colisão n

Importância de Reconhecer um Domínio de Colisão

n

Se você tiver vários computadores conectados a um único meio sem outros dispositivos de redes conectados, haverá uma situação de acesso compartilhado básica e você terá um domínio de colisão.

n

Os hubs geram novamente os bits e os retemporizam, mas não podem filtrar o fluxo de tráfego que passa por eles. Os dados (bits) que chegam à porta de um hub são enviados por todas as outras portas. Usar um hub estende o domínio de colisão, logo, a rede nos dois lados do hub é um domínio de colisão maior.

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Domínio de Colisão

Domínio de Colisão

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Domínio de Colisão n

Regra dos 4 Repetidores q

q q

q

Em uma rede Ethernet, não mais que 4 hubs podem ficar entre dois computadores na rede Cada Hub adiciona latência ou retarda os bits Exceder a regra dos quatro repetidores pode levar à violação do limite de delay máximo Essa regra fundamental da Ethernet é também conhecida como a regra 5-4-3-2-1. Cinco sessões de rede, quatro repetidores ou hubs, três seções da rede são segmentos "de mistura" (com hosts), duas seções são segmentos de link (para fins de link) e um grande domínio de colisão.

Segmentando os Domínios de Colisão

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Segmentando os Domínios de Colisão n

n

n

Hubs são dispositivos de redes úteis e econômicos, porém estendem os domínios de colisão, prejudicando o desempenho da rede por causa do excesso de colisões. Solução q Reduzir o tamanho dos domínios de colisão usando dispositivos de rede inteligentes que interrompem os domínios. q Exemplos desse tipo de dispositivo de rede são as bridges, os switches e roteadores. Esse processo é chamado de segmentação. O switch pode eliminar o tráfego desnecessário em uma rede sobrecarregada dividindo a rede em segmentos e filtrando o tráfego baseado no endereço (MAC) da estação. O tráfego entre os dispositivos no mesmo segmento não atravessa o switch e nem afeta outros segmentos.

Placas de Rede n

As placas de rede executam funções importantes da camada de enlace da camada 2, como as seguintes: q

q

q

q

q

Controle de link lógico (LLC) - comunica-se com as camadas superiores no computador Nomeação - fornece um identificador exclusivo de endereço MAC Enquadramento - parte do processo de encapsulamento, empacotando os bits para transporte Media Access Control (MAC) - fornece acesso estruturado aos meios de acesso compartilhados Sinalização - cria sinais e faz interface com os meios, usando transceivers embutidos

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Segmentando os Domínios de Colisão n

Bridge q

q q

q

Dispositivo que conecta e passa pacotes entre dois ou mais segmentos de rede; Mais inteligente que um HUB; Analisa pacotes que chegam e os encaminham ou ignoram baseado em informações de endereçamento; Manter as tabelas de endereçamento

Segmentando os Domínios de Colisão

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Segmentando os Domínios de Colisão n

n

n

n

n

A função de bridge ocorre na camada de enlace que controla o fluxo de dados, trata dos erros de transmissão, fornece endereçamento físico e gerencia o acesso ao meio físico. Exemplos de protocolos da camada de enlace incluem Ethernet, Token Ring e FDDI. A transparência do protocolo da camada superior é a principal vantagem de bridging. As bridges filtram o tráfego de rede olhando apenas o endereço MAC e não os protocolos. Para filtrar ou entregar de forma seletiva o tráfego de rede, uma bridge compila tabelas de todos os endereços MAC localizados nos segmentos de rede diretamente conectados.

Segmentando os Domínios de Colisão n n n

n

n

As bridges são dispositivos de internetworking que podem ser usadas para reduzir grandes domínios de colisão. Os domínios de colisão são áreas onde os pacotes estão propensos a interferir uns nos outros. Elas fazem isso dividindo a rede em segmentos menores e reduzindo a quantidade de tráfego que deve passar entre os segmentos. As bridges operam na camada 2 ou na camada de enlace do modelo OSI, pois só estão preocupadas com os endereços MAC. Problemas com a utilização de uma Bridge q Uma bridge repassa um broadcast (mensagem enviada a todos na rede quando um dispositivo não sabe o endereço de destino) q Uma tempestade de broadcast pode causar interrupções na rede, retardos no tráfego e fazer com que a rede opere em baixo desempenho.

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Segmentando os Domínios de Colisão

Segmentando os Domínios de Colisão n

Switch q q q q q

Bridge Multiporta; Nenhum domínio de colisão; Comutação e Filtragem baseadas em endereços MAC; Transparentes para camadas superiores; Vantagens da utilização de um Switch n n n n n

Número menor de colisões (ambiente livre de colisões); Comunicações múltiplas, simultâneas (circuitos virtuais) Uplinks de Alta Velocidades Melhor resposta da rede Maior produtividade para o usuário

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Segmentando os Domínios de Colisão n

Os switches executam 2 operações básicas: q

q

n

Switch de quadro de dados - Essa é uma operação de armazenamento e encaminhamento, onde um quadro chega a meios de entrada e é transmitido para meios de saída. Manutenção das operações de switching - Os switches constroem e mantêm tabelas de switching e procuram loops.

Os switches operam em velocidades muito mais altas que as bridges e podem suportar novas funcionalidades, como LANs virtuais (VLANs).

Segmentando os Domínios de Colisão

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Segmentando os Domínios de Colisão

Por que Segmentar LANs?

Aumentar a largura de banda por usuário e diminuir as colisões

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Switches x Bridges n

Diferenças q

q

q

q

q

Os switches são significativamente mais rápidos, porque comutam no hardware e podem interconectar LANs com larguras de banda diferentes; Switches fornecem largura de banda dedicada a cada segmento de rede; As bridges comutam no software e não podem interconectar LANs com larguras de banda diferentes. Uma LAN Ethernet de 10 Mbps e uma LAN FastEthernet de 100 Mbps podem ser conectadas usando um switch. Métodos de se analisar os quadros: n n

Switching cut-through Store and Forward (armazenar e encaminhar).

Roteadores n

Roteadores: q Tem mais vantagens; q Cada interface no roteador conecta-se a uma rede separada; q A inserção do roteador em uma LAN cria domínios de colisão e domínios de broadcast menores, porque os roteadores não encaminham broadcasts, a menos que sejam programados para isso. q Executam funções de switching e de bridging. q Executam a seleção do melhor caminho. q Pode ser usado para conectar meios de rede diferentes e diferentes tecnologias LAN. (Ethernet, Token Ring e FDDI) q Conectam LANs que executam protocolos diferentes (IP x IPX x AppleTalk) e podem ter conexões seriais com as WANs.

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Topologia de Rede

Segmentação com Switches n

n n

n

Uma LAN que usa um topologia Ethernet comutada cria uma rede que funciona como se tivesse apenas dois nós – o nó emissor e o receptor. Em uma implementação da Ethernet comutada, a largura de banda disponível pode chegar perto de 100%. Um switch segmenta uma LAN em microssegmentos, criando assim domínios livres de colisão a partir de um domínio de colisão anteriormente grande. Cada nó está diretamente conectado a uma de suas portas ou a um segmento que está conectado a uma das portas do switch. Isso cria uma conexão de 10 Mbps entre cada nó e cada segmento no switch. Um computador conectado diretamente a um switch Ethernet é o seu próprio domínio de colisão e acessa todos os 10Mbps. Ao entrar no switch, um quadro é lido para o endereço de origem e\ou destino. O switch então determina que ação de switching acontecerá com base no que foi conhecido a partir das informações do quadro. Se o endereço de destino estiver localizado em outro segmento, o quadro é, então, comutado para o seu destino.

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Segmentação com Switches

Segmentação com Roteadores n

n

n

n n

n n

Os roteadores criam o nível mais alto de segmentação devido às suas habilidades em fazer determinações exatas sobre para onde o pacote de dados deve ser enviado. Executam mais funções que os switches, porém com uma taxa de latência mais alta. Examinar os pacotes a fim de determinar o melhor caminho para encaminhá-los aos seus destinos. Inevitavelmente, esse processo leva tempo e introduz a latência. Os protocolos que exigem uma confirmação para todos os pacotes, à medida que são enviados, têm um throughput de 3040%. (Protocolos orientados para confirmação). Domínio de Colisões e Domínio de Broadcast.

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Segmentação com Roteadores

Switching n n n

Não confudir com o equipamento switch Switching é o processo de receber um quadro/pacote através de uma interface e distribuí-lo através de outra interface Pode ser switching da: q Camada 2 (O switching procura o endereço MAC de destino dentro de um quadro. Ele enviará as informações para a interface apropriada se souber a localização do endereço de destino. O switching cria e mantém uma tabela de switching que mantém o registro dos endereços MAC que pertencem a todas as portas ou interfaces. q Camada 3 (Ele examina as informações do pacote e encaminha os pacotes com base nos endereços de destino da camada de rede (IP, IPX, AppleTalk). O switching da camada 3 também suporta a funcionalidade do roteador. n

Os roteadores usam o switching da camada 3 para rotear um pacote

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Switch – Buffer de Memória n

n

n

n

Técnica de buffer para armazenar e encaminhar pacotes para as portas corretas. A área de memória onde o switch armazena os dados de transmissão e de destino é chamada de buffer de memória. q buffer de memória baseado na porta; q buffer de memória compartilhado. Em um buffer de memória baseado na porta, os pacotes são armazenados em filas vinculadas às portas de chegada específicas. Um pacote só é transmitido para a porta de saída quando todos os pacotes à frente dele na fila tiverem sido transmitidos com êxito. O buffer de memória compartilhado deposita todos os pacotes em um buffer de memória comum que é compartilhado por todas as portas no switch. A quantidade de memória alocada em uma porta é determinada pela quantidade exigida por cada porta. Isso é chamado de alocação dinâmica de memória de buffer. Os pacotes no buffer são dinamicamente vinculados à porta de transmissão. O switch mantém um mapa das portas para onde o pacote precisa ser transmitido.

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Métodos de Switching

Métodos de Switching

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Métodos de Switching

Métodos de Switching

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VLANs

VLANs n

VLAN q

q

q

q

q

É um agrupamento lógico de dispositivos de rede ou usuários que não estão restritos ao segmento de switch físico. É uma forma eficiente e econômica de se agrupar os usuários de rede em grupos de trabalho virtuais independentemente da sua localização física na rede. Os dispositivos ou os usuários em uma VLAN podem ser agrupados por função, departamento, aplicação e assim por diante, independentemente da localização física do segmento. Uma VLAN cria um único domínio de broadcast que não está restrito ao segmento físico e é tratado como uma subrede. A configuração da VLAN é feita no switch

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VLANs n

n

n n

As principais características das VLANs são: q Operam na camada 2 e na camada 3 do modelo de referência OSI. q A comunicação entre as VLANs é fornecida pelo roteamento da camada 3. q Proporcionam um método para controlar os broadcasts da rede. q O administrador da rede atribui usuários a uma VLAN. q Aumentam a segurança da rede definindo quais nós podem se comunicar com os outros. Pode-se agrupar as portas de switch e seus usuários conectados em grupos de trabalho logicamente definidos: q Colegas de trabalho no mesmo departamento q Uma equipe polivalente q Vários grupos (usuários) compartilhando o mesmo aplicativo de rede Pode-se agrupar essas portas e usuários em grupos de trabalho em um único switch ou em switches conectados. Agrupando as portas e os usuários através de vários switches, as VLANs podem abranger infra-estruturas de um único prédio, de prédios interconectados ou mesmo de redes de longa distância (WANs).

VLANs

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Transportar VLANs entre Backbones n

Habilidade de transportar informações entre switches interconectados e roteadores que residam no backbone da empresa.

n

Fornecem mecanismos de interoperabilidade entre os componentes do sistema de backbone.

n

O backbone comumente representa um ponto de compilação para grande volume de tráfego. Ele também carrega informações de VLAN do usuário final e identificação entre switches, roteadores e servidores diretamente conectados. Dentro do backbone, links de alta capacidade e de grande largura de banda são geralmente escolhidos para transportar o tráfego por toda a empresa.

Implementar VLANs n

Há dois métodos: q

Centrado em porta / Estático;

q

Dinâmico.

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Desempenho da Rede n

Fatores que afetam o desempenho da rede q

O ambiente multitarefa presente nos atuais sistemas operacionais de desktop (Windows, Unix e Mac) permite transações de rede simultâneas. Essa maior capacidade gerou uma maior demanda dos recursos da rede.

q

Sistemas operacionais mais rápidos – Sistemas sendo capazes de realizar multitarefas, os usuários podem iniciar transações de rede simultâneas.

q

Embora o uso de aplicações que exigem muito da rede como a World Wide Web esteja aumentando, as aplicações cliente\servidor permitem que os administradores centralizem as informações, tornando fácil a manutenção e proteção dessas informações, porém, tudo é acessado via rede no servidor.

Desempenho da Rede

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