1. Agenda
Redes de Computadores
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! Introdução ! Frame relay
► Comutação de circuitos ► Arquitetura
► Comutação de pacotes ► Formato de quadros
Circuitos virtuais, frame relay e ATM Comutação de mensagens
► ! Asynchronous Transfer Mode (ATM)
(redes WAN) ! Circuitos virtuais ► Arquitetura ATM
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► Estabelecimento ► Camadas ATM
► Transferência de dados
► Encerramento
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Aula 16
Sistemas Operacionais Distribuídos e de Redes 2
Introdução Tipos de infra-estrutura de rede
! Comunicação entre dois dispositivos exige um meio ! Três paradigmas para conectar fonte ao destino:
► Enlaces ponto-a-ponto ou multiponto (controle de acesso ao meio) ► Comutação de circuitos (Circuit switching)
► ...mas e se eles estiverem em locais (meios) diferentes? ► Comutação de pacotes (Packet switching)
! Virtualização da camada de enlace, isso é, uma rede como camada ► Comutação de mensagens (Message switching)
de enlace ! Diferença é a reserva ou não de recursos da rede (buffers, largura
É o que tipicamente acontece com as redes WAN (Wide Area Networks) de banda dos enlaces, etc) e o uso compartilhado do meio ou não
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►
PPP (Point to Point Protocol)
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Assinante
Rede telefônica Provedor de acesso
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2. Comutação de circuitos, de pacotes e de mensagens Comparação entre os tipos de comutação
Circuito Mensagem Pacote
! Comutação de circuitos
► Em nível físico: usa TDM ou FDM (originalmente projetado para telefonia)
► Criação de um caminho “real” entre fonte e destino
► Recurso está alocado havendo ou não informação sendo enviada
! Comutação de pacotes
Apropriado para o envio de dados
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►
► Informação é dividida e enviada em unidades de tamanho fixo (pacotes)
► Duas abordagens: circuito virtual e datagrama
A 1 2 B A 1 2 B A 1 2 B
! Comutação de mensagens
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! Retardos variáveis e imprevisíveis (circuito/mensagem) contra fixos e previsíveis (pacote)
► Similar a comutação de pacotes porém, agora, pacotes possuem tamanho
! Adaptação de velocidades (pacote/mensagem) versus velocidade fixa
variável (mensagem)
! Melhor aproveitamento da capacidade dos enlaces (pacote) versus desperdícios temporais
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Redes de comutação de pacotes Circuito virtual em redes WAN
! Redes de circuitos virtuais ! Circuito virtual é um caminho (isto é, uma série de enlaces e
► Define um caminho os sistemas finais origem e destino comutadores de pacotes) entre sistemas finais origem e destino
► Composto por uma série de enlaces entre comutadores de pacotes
► Dados entre sistemas finais “fluem” sempre pelo mesmo caminho (isto é,
passam pelos mesmos enlaces e comutadores)
! Redes datagramas
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A B
► Não há caminho pré-estabelecido entre os sistemas finais origem e destino
► Dados entre sistemas finais podem usar caminhos diferentes para chegar Sistemas A, B, C
ao seu destino - Computador ou
- Roteador ou Três fases:
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- bridge C - Estabelecimento (setup)
comutadores
- Transferência de dados
- Encerramento (teardown)
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3. Estabelecimento de circuito virtual Switched Virtual Circuit
! Como definir um circuito virtual? ! Definição de um circuito virtual por demanda
► Tabela de redirecionamento identificando o fluxo de quadros entre A e B ! Necessário uma negociação entre os comutadores
! Duas abordagens: ► Protocolo de sinalização
► Permanent Virtual Circuit (PVC) ► Estabelecimento → Requisição de setup/Reponse (ack)
► Switched Virtual Circuit (SVC) ► Encerramento → teardown request/ teardown ack
PVC
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! Porta VCI Porta VCI Porta VCI Porta VCI
► A definição é feita pelo administrador do sistema e gravado e todos comutadores 1 14 3 -- 2 22 3 --
► Estabelece um circuito entre A e B, mesmo se não é usado 1 2 1 3
A B
► Representa custo (leasing do caminho) e desperdício
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3 2
► Envolve exatamente um par de sistemas finais (identifica fonte e destino!!) 77
► Havendo n destinos é necessário n PVCs
1 2
! Solução: uso de SVCs Porta VCI Porta VCI
1 66 2 --
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Transferência de dados Estudo de casos
! Encaminhamento de um quadro até o destino é feito com base na ! Asynchronous Transfer Mode (ATM)
tabela de redirecionamento (posicionamento do circuito virtual) ! Redes Frame relay
Porta VCI Porta VCI Porta VCI Porta VCI
1 14 3 66 2 22 3 77
1 2 1 3
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A B
14 77
3 2
66 22
1 2
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Porta VCI Porta VCI
1 66 2 22
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4. Asynchronous Transfer Mode (ATM) Camadas ATM
! Protocolo orientado a comutação de células Suporte a serviço convencionais
Tráfego baixa taxa de transmissão orientados ou não a conexão
! Projetado pela ATM-forum e adotado pela ITU-T e quadros pequenos (controle de fluxo e de erro)
! Arquitetura baseada em três camadas: AAL, ATM e PHY
! Uso típico em redes de telefonia e IP Fluxo stream constante
AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5 Tráfego sem controle de
erro e de fluxo
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ATM
AAL AAL
ATM ATM ATM ATM Físico
Facilidade para:
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PHY PHY PHY PHY Pode ser qualquer porém foi - roteamento
projetado para SONET - gerenciamento de tráfego
- Alta taxa de transmissão - comutação
- Facilidade de delimitar células - multiplexação
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Application Adaptation Layer (AAL) Arquitetura ATM
! Projetado para flexibilizar o uso do ATM para diferentes perfis de ! Dispositivos de usuários e comutadores ATM
tráfego e uso. ► User to Network Interface (UNI) → dispositivo a comutador
► Quatro tipos diferentes: AAL1, AAL2, AAL3/4 e AAL5 ► Network to Network Interface (NNI) → comutador a comutador
! Dividido em duas subcamadas: ! Elementos
► Convergence sublayer (CS) ► Transmission Path (TP) VC VP
► Aceita dados das camadas superiores e prepara-os para serem Virtual Paths (VP) TP
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►
fragmentados pelo SAR ► Virtual Circuit (VC)
► Funcionalidade depende do nível de AAL
! Conexão virtual
► Segmentation e Reassembly (SAR)
► Identificada por um VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Circuit identifier)
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► Responsável pela fragmentação na origem e pela remontagem no destino
► Permite um roteamento hierárquico
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5. Célula ATM Princípio de funcionamento
5 bytes 48 bytes ! Antes de enviar células é necessário criar um canal virtual
Header payload ► Canal virtual é uma seqüência de enlaces ATM
► Pode ser permanente ou dinâmico
53 bytes
! Protocolo de sinalização Q.2931
► Executado por comutadores ATM e por sistemas finais
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! Cabeçalho da célula (header):
VCI1 VCI2 VCI3 VCI4
► 28 bits para determinação de VPI/VCI (modificado de enlace a enlace) H1 Com1 Com2 Com3 H2
► 3 bits para tipo do payload
► 1 bit para determinar tráfego de alta ou baixa prioridade
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► 8 bits para código de detecção de erro
VCI1 VCI2 VCI3 VCI4
IP R1 Com1 Com2 Com3 R2 IP
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Frame relay Características do frame relay
! Rede WAN baseada em circuitos virtuais ! Oferece taxas maiores que o X.25 (1.544 Mpbs – 44.376 Mbps)
! Alternativa para substituir protocolo X.25 ! Opera nos níveis físico e de enlace
► X.25 envolve controle em niveis de enlace e de rede ► Funciona como backbone para qualquer nível de rede
► Oferece taxas de transmissão de até 64 kbps ! Permite tráfego por demanda (bursty)
Define uma camada de rede (X.25) sobre outra camada de rede (Internet)
►
! Faz detecção de erro mas não faz controle de fluxo, nem de erro
► Implica em custos de gerenciamento e processamento
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► Quadros frame relay com erros são “silenciosamente” descartados
! Alternativa a leasing de linhas telefônicas ! Oferece suporte para circuitos PVC e SVC
► n locais → n*(n-1)/2 linhas (full-duplex)
► Linhas = troncos T1 e T3
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► Linhas T1 possui taxa fixa (1.544 Mpbs)
► Perfil de tráfego não é esse
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6. Arquitetura de frame relay Formato do quadro frame relay
Baseado no quadro HDLC
Versão simplificada flag endereço informação FCS flag
Enlace (sem campo controle)
do HDLC
Físico Qualquer protocolo
reconhecido pela ANSI
DLCI CR EA DLCI FECN BECN DE EA
6 1 1 4 1 1 1 1
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! DLCI: identificador do circuito virtual (10 bits)
Roteador A Roteador B ! C/R: indicação se o quadro é comando ou resposta
► Não é usado pelo frame relay em si, é disponibilizado para os níveis
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superiores
! Circuitos virtuais → data link connection identifier (DLCI) ! EA (extended address): define formatos em 2, 3 ou 4 bytes para o campo de endereços
! Comutadores frame relay → tabela de redirecionamento de DLCI (EA=1, indica último byte)
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Formato do quadro frame relay (cont.) Considerações finais sobre frame relay
Baseado no quadro HDLC ! Frame Relay Assembler/Disassembler (FRAD)
flag endereço informação FCS flag
(sem campo controle)
► Módulo funcional que prepara quadros de outros protocolos para serem
transportados em quadros frame relay
DLCI CR EA DLCI FECN BECN DE EA ► Pode ser o próprio comutador frame relay ou dispositivo a parte
6 1 1 4 1 1 1 1 ! Voice Over Frame Relay (VOFR)
► Transporte de voz digitalizada
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! Local Management Information (LMI)
! Forward Explicit Congestion Notification (FECN):
► Protocolo utilizado para controlar e gerenciar interfaces frame relay
► Informa o destino da ocorrência de congestionamento na rede
► e.g.: mecanismo keepalive, multicast, consulta a status do comutador
! Backward Explicit Congestion Notification (BECN):
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► Informa a origem da ocorrência de congestionamento na rede ! Quality of Service (QoS)
! Discard Eligibility (DE) ► Frame relay oferece suporte para tratamento de QoS e congestionamento
► Prioridade do quadro frame relay → utilizada como critério para descartar
quadros em caso de congestionamento
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7. Leituras complementares
! Stallings, W. Data and Computer Communications (6th edition),
Prentice Hall 1999.
► Capítulo 11
! Tanenbaum, A. Redes de Computadores (4a edição), Campus,
2003.
Capítulo 1, seção 1.5
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►
► Capítulo 2, seção 2.5.5
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