Cincia da Computao
Redes de Computadores
Camada de Enlace
Estudo Dirigido
1 - Quais so as principais funes da camada de enlace.
A funo da camada de enlace detectar, e opcionalmente corrigir os
erros impostos pelo meio fsico.2 - A camada de Enlace tambm tem a
funo de fornecer servio camada superior, ou seja, a de rede.
Descreva detalhadamente este processo.
A funo da camada de enlace fornecer servios camada superior, ou
seja, a de rede, sendo que o principal deles transferir dados da
camada de rede da mquina de Origem A para a camada de rede da
mquina de destino B.
Para a comunicao entre as camadas de rede e de enlace de dados,
existe uma entidade denominada processo. Quando a camada de rede de
uma mquina de origem A deseja transmitir dados para uma mquina de
destino B, existe um processo que envia bits para a camada de
enlace para que eles sejam transmitidos at a mquina B.
No projeto da camada de enlace de dados necessrio analisarmos em
termos de dois processos origem A e destino B que se comunicam
atravs de um protocolo de enlace de dados, ou seja, as entidades de
enlace de dados (origem e destino) devem se comunicar atravs de uma
mesma linguagem.
Os servios oferecidos pela camada de enlace camada de rede
so:
Servio sem conexo e sem confirmao (datagrama no confivel) a
mquina de origem A envia quadros independentes a mquina de destino
B, sendo que no existe o estabelecimento de uma conexo ou qualquer
confirmao de recebimento dos quadros.
Utilizao: em meios fsicos com baixa taxa de erros (redes locais)
ou em transmisses que os dados podem ter erros mas no podem ter
atrasos (transmisso de voz, VSAT).
Servio sem conexo com confirmao (datagrama confivel) no existe
uma conexo estabelecida, mas cada quadro confirmado
individualmente, por exemplo em processos de retransmisso,
utilizado com freqncia em sistemas sem fio.
Servio orientado conexo possui trs fases: Estabelecimento da
conexo entre as mquinas A e B, Transmisso dos quadros e Desconexo.
Nesse servio os quadros devem ser numerados e todos sero entregues
ao destino em ordem e sem duplicatas.
3 - Descreva como funciona a delimitao de quadros (Contagem de
caracteres, Caracteres delimitadores e Flags delimitadores).
A estratgia adotada pela camada de enlace dividir o fluxo de
bits recebidos da camada fsica em quadros e verificar se existem
erros no fluxo de bits transmitidos e opcionalmente
corrigi-los.
A diviso do fluxo de bits poderia ser feita utilizando-se uma
temporizao para o enquadramento dos bits, inserindo-se um espao
entre os quadros. Mas, a estratgia de temporizao no fluxo dos bits,
pode sofrer com o tempo de retardo imposto pelo meio de transmisso.
Para a delimitao dos quadros, existem algumas estratgias
possveis:
Contagem de caracteres consiste na colocao de um campo no
cabealho (header) que informa a quantidade de caracteres do quadro.
A camada de enlace da mquina de destino saber quantos caracteres
sero recebidos e logo o fim do quadro. Caracteres delimitadores
utiliza caracteres especiais que delimitam o incio e o final do
quadro. Cada quadro comea com um caracter DLE STX e termina com um
caracter DLE ETX, definidos pela tabela ASCII:
DLE Data Link Escape 0001.0000
STX Start of Text 0000.0010
ETX End of Text 0000.0011 Flags delimitadores esta tcnica
permite que os quadros de dados contenham um nmero arbitrrio de
dados e possibilita a utilizao de cdigos de caracteres com nmero
arbitrrio de bits. Cada quadro transmitido comea e termina com uma
seqncia de bits 01111110, chamada de FLAG. A tcnica consiste na
procura de cinco bits 1s consecutivos nos dados, quando encontra o
transmissor da camada de enlace de dados insere um bit 0 no fluxo
de bits enviados. Essa tcnica conhecida como bit STUFFING. Caso os
dados a serem transmitidos contenham a seqncia do FLAG 01111110,
ser inserido um bit stuffing e ser transmitido como 011111010. No
receptor os bits stuffing so retirados e a mensagem original
recuperada.4 - Explique o processo que a camada de enlace faz para
corrigir os erros.
Devido aos meios de transmisso utilizados, como por exemplo, par
tranado e sistemas sem fio, os erros ainda so um fato comum durante
a transmisso. Quando a transmisso de dados em rajada, grande volume
de quadros existe possibilidade de ocorrer mais erros durante a
transmisso do que quando se transmite quadros individualmente,
pequeno volume. Isso se deve aos processos que geram este tipo de
trfego.
Para tratar os erros gerados pelos processos de transmisso e os
impostos pelo meio, algumas estratgias podem ser adotadas:
Cdigos de deteco de erros incluso de redundncia suficiente para
permitir que o receptor deduza que houve um erro, sem identific-lo
e solicite uma retransmisso.
Cdigos de correo de erros incluso de informaes redundantes em
cada bloco de dados enviados, levando o receptor a deduzir qual
deveria ser o caracter transmitidos. Para um quadro que consiste de
m bits de dados e r bits de redundncia ou de verificao a palavra de
cdigo ser de tamanho n dada por n = m + r.5 - Explique a principal
diferena entre o controle de Fluxo STOP-WAIT e Janela deslizante.
Qual utiliza mais a largura de banda?
Protocolo Stop-Wait
Como a camada de enlace de dados receptora na verdade no possui
um buffer infinito e tambm sua camada de rede no possui uma
velocidade de processamento infinita dos quadros, necessrio a
implementao de controle de fluxo.
Um mtodo seria conhecer a velocidade de processamento da camada
de rede da mquina receptora, o tamanho do buffer da camada de
enlace e inserir um atraso no envio dos quadros. Como isso pode ser
invivel, por tornar o processo muito lento e a utilizao de largura
de banda ficar subutilizada, o melhor para o controle de fluxo
seria a implementao de um mtodo de feed-back do receptor, ou seja,
quando um quadro for transmitido o receptor enviar uma confirmao
que o quadro chegou. O prximo quadro somente seria enviado quando
chega uma confirmao do quadro anterior pelo receptor.
Esse protocolo deve prever que o canal pode conter rudo e
inserir erros, portanto, para um quadro danificado o receptor ir
descart-lo e no haver envio de confirmao.
A soluo a implementao de um temporizador no transmissor, ou
seja, ele espera pela confirmao por um perodo de tempo, se ela
chega o transmissor envia outro quadro. Mas, um outro problema pode
ser verificado: se for perdido o quadro de confirmao, o transmissor
esgotar o tempo de espera e enviar outra cpia do quadro
(retransmisso) e o receptor ter quadros duplicados.
Para solucionar mais esse problema basta numerar os quadros
enviados, sendo que o receptor ir verificar se este quadro novo ou
uma cpia de um j existente. Para que o receptor no fique enviando
quadros indefinidamente, quando a confirmao perdida, basta que as
confirmaes usem mais 1 bit para confirmar o quadro recebido.
Quando chegar um quadro mpar confirma com o bit 1 e quando
chegar um quadro par um bit 0, por exemplo, como mostrado na Figura
3.11. A desvantagem desse protocolo que o emissor pode colocar
somente um quadro por vez no meio de transmisso e nunca utilizar
completamente a largura de banda disponvel.Protocolo de Janela
DeslizantePara aproveitar melhor a largura de banda do canal,
podemos utilizar o mesmo meio para enviar e receber quadros ao
mesmo tempo, ou seja, os quadros de A e de B so misturados. Isto
pode ser implementado atravs de um circuito full-duplex para
transmisso de quadros de dados e confirmaes nos dois sentidos.
Uma outra implementao, que quando um quadro de dados for
transmitido, o receptor no envie sua confirmao imediatamente,
aguarde at que a camada de rede envie o prximo quadro, ou seja no
faa uma confirmao por quadro recebido. Confirmao dos quadros de
dados recebidos, tambm pode apresentar uma outra tcnica: enviar a
confirmao junto com um quadro de dados (BA). Esta tcnica conhecida
como PIGGYBACKING ou carona. Mas, como prever se haver dados para
serem transmitidos de BA?
Como isso impossvel, se aps um intervalo de tempo (menor que o
time-out do
transmissor), no tiver quadro de dados para enviar, o receptor
enviar uma confirmao separada. Para que o circuito no fique ocioso,
aguardando por confirmao, podemos enviar m quadros consecutivos at
que uma confirmao seja recebida.
Estes quadros reunidos, so chamados de Janela de Transmisso, da
mesma forma na recepo existe uma Janela de Recepo, que corresponde
ao conjunto de quadros que ela est pronta para receber. Os quadros
so numerados ciclicamente de 0 at m 1 quadros, para que sejam
entregues em ordem para a camada de rede.
Quando um dos quadros ou confirmaes forem perdidos eles sero
retransmitidos, por este motivo os quadros que ainda no foram
confirmados devero estar armazenados no buffer de transmisso.
6 - Descreva o protocolo PPP
Esse protocolo foi desenvolvido para tentar resolver todos os
problemas existentes no SLIP. Ele possui os seguintes recursos:
1. Delimitao dos quadros atravs de flags, usando a tcnica do
caracter stuffing;
2. Deteco de erros;
3. Uso do protocolo LCP Link Control Protocol, que tem a funo de
ativar linhas, test-las, negociar opes e desativ-las;
4. Uso do Protocolo NCP Network Control Protocol, que tem a funo
de negociar com a camada de rede, independente do protocolo de
rede.Os campos do quadro do protocolo PPP so descritos a
seguir:
a. Flag utiliza a tcnica do caracter stuffing.
b. Endereo sempre 1111 1111, definindo que todas as estaes devem
aceitar o quadro, evitando a necessidade de endereamento nvel de
enlace.
c. Controle 00000011 indica quadro no-numerado, o PPP no oferece
transmisso confivel atravs de seqncia de pacotes e confirmaes. Mas,
pode haver outros tipos de implementaes para meios fsicos ruidosos,
como redes sem fio, utilizando transmisso confivel.
d. Protocolo informa o tipo de pacote que est no PAYLOAD. Os
protocolos que bit 1 = 0 so os da camada de rede: IP, IPX, OSI
CLNP, XNS, etc. . . Com bit 1 = 1, so os protocolos de negociao com
outros protocolos: LCP, NCP um tipo ponto cada protocolo de
rede.
e. PAYLOAD Carga til tem comprimento varivel definido durante a
negociao. Padro = 1500 bytes se no definido.
f. CRC 2 a 4 bytes.Conexo: Modem do usurio conecta-se ao
Servidor de Acesso Remoto (RAS) do provedor que tambm possui
modems.
Depois que o modem do RAS estabelecer uma conexo fsica entre o
usurio e o roteador, o PC do usurio envia uma srie de pacotes LCP
no campo PAYLOAD de um ou mais quadros PPP, assim os parmetros do
PPP so ajustados (estabelece enlace).
Aps o ajuste do PPP, uma srie de pacotes NCP sero enviados para
configurar a camada de rede.
Usando-se uma pilha de protocolos TCP/IP, necessita-se de um
endereo IP. Como no existem IPs especficos para todos os usurios,
um bloco de endereos so especificados para atender os usurios (1
por modem do RAS), que so distribudos aleatoriamente dentro deste
bloco, durante a sesso de login. Neste caso o NCP usado para
atribuio de IP para o usurio (estabelecer conexo de rede). Logo o
PC do usurio passa a ser um Host Internet e poder receber e enviar
pacotes IPs.
Desconexo:
O NCP desativa a conexo de rede e libera o IP;
O LCP encerra a conexo da camada de enlace;
Computador solicita ao modem desligar o telefone, encerrando a
conexo fsica.7 - Considere um circuito com 1,5 Mbps de banda e com
um RTT de 45 ms. Dado que o emissor envia quadros de 1 KB. Qual a
utilizao da banda?
F = 1 KB = 1024 8 = 8 Kb
Bu = 8 Kb/45 ms = 182 Kbps
%banda = 182 Kbps/1, 5 Mbps = 0, 1213
A utilizao da banda de 12% da banda disponvel.
8 - Pelo exerccio 1 podemos observar que toda a largura de banda
existente pode ser utilizada, enviando-se mais quadros ao receptor
antes que a primeira confirmao chegue. Calculando o tempo de cada
quadro:tq = F/B
tq = 8 Kb/1, 5 Mbps = 5, 4 ms
Se o RTT de 45 ms, podemos enviar um nmero maior de quadros
durante este perodo:
m = RTT/tq = 45ms/5,4ms = 8,33 quadros, ou seja, at 8 quadro
completos.
9 - Consideremos um canal de satlite de 50 Kbps, com um tempo de
retardo de ida e volta (RTT) de 500 ms. Sero transmitidos quatro
quadros de 1000 bits, usando uma janela 1. Qual a porcentagem da
largura de banda utilizada para enviar o primeiro quadro? possvel
enviar quantos quadros antes do bloqueio?
tq = FB/tq = 1000/50 K = 20 ms
tr = retardo Tx + tq = 500 ms + 20 ms = 520 ms
%banda = tq/tr = 20/520 = 0,03846 ou 3, 846%
