TRANSMISSÃO DE DADOS

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1 TRANSMISSÃO DE DADOS Aula 5: Comutação Notas de aula do livro: FOROUZAN, B. A., Comunicação de Dados e Redes de Computadores, MCGraw Hill, 4ª edição Prof. Ulisses Cotta Cavalca <ulisses.cotta@gmail.com> Belo Horizonte/MG 2015

2 SUMÁRIO 1) Comutação 2) Comutação de circuitos 3) Comutação de datagramas 4) Rede de circuitos virtuais 5) Estrutura de um comutador

3 1. Comutação A Multiplexação reune um conjunto de técnicas que permite a transmissão simultânea de vários sinais por um único link. A partir da necessidade de conectar diversos dispositivos por mais de um link, surge como solução a comutação. Comutadores são dispositivos capazes de criar conexões temporárias entre dois ou mais dispositivos conectados a ele. Os dispositivos de comunicação também são denominados como sistemas finais.

4 1. Comutação Exemplo de uma rede comutada:

5 1. Comutação Tipos de redes comutadas:

6 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução A rede de comutação de circuito consiste de um conjunto de switches conectados por ligações físicas. A conexão entre duas estações de uma rota específica é feita por um ou mais links. No entanto, cada conexão usa apenas um canal dedicado em cada link. Cada link é normalmente dividido em n canais usando FDM ou TDM.

7 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução Uma rede de comutação de por circuitos é formada por conjunto de comutadores conectados por links físicos nos quais cada link é divido em n canais Na comutação de circuitos, os recursos precisam ser reservados durante a fase de estabelecimento da conexão: os recursos permanecem dedicados por toda a duração da transferência de dados até a fase de encerramento da conexão.

8 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução Na rede comutada por circuitos: A comutação de circuitos ocorre na camada física; Antes de realizar a comunicação de dados, é necessário que os comutadores façam reserva de recursos, tais como canais, buffer, processamento e portas de I/O; Dados transferidos entre duas estações não são empacotados; Nenhuma informação adicional de endereçamento é necessária.

9 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução Na rede comutada por circuitos:

10 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução EXEMPLO 1: Como um exemplo trivial, vamos usar uma rede de comutação de circuitos para conectar oito telefones em uma pequena área. A comunicação é através de canais de voz de 4 khz. Assumimos que cada link utiliza FDM para ligar um máximo de dois canais de voz. A largura de banda de cada ligação é de 8 khz. A Figura a seguir mostra a situação, em que o telefone 1 está ligado ao telefone 7; 2 a 5; 3 a 8; e 4 a 6. Claro que a situação pode mudar quando novas conexões são feitas. O interruptor controla as conexões.

11 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução EXEMPLO 1:

12 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução EXEMPLO 2: Como outro exemplo, considere uma rede de comutação de circuito que conecta computadores em dois escritórios remotos de uma empresa privada. Os escritórios estão ligados através de uma linha de T-1 alugado de um provedor de serviço de comunicação. Há dois interruptores 4 8 (4 entradas e 8 saídas) nesta rede. Para cada chave, quatro portas de saída são dobradas nas portas de entrada para permitir a comunicação entre computadores no mesmo escritório. Outros quatro portas de saída permitem a comunicação entre os dois escritórios. A figura a seguir mostra a situação.

13 2. Comutação de circuitos 2.1. Introdução EXEMPLO 2:

14 2. Comutação de circuitos 2.2. Fases de comunicação Uma comutação de circuitos exige as seguintes fases: Estabelecimento de conexão: finalidade de estabelecer um circuito dedicado de comunicação entre dois sistemas finais. Como consequência, garante recursos mínimos para transferência de dados; Transferência de dados: Transmissão de dados propriamente dita; Encerramento da conexão: Desconexão e liberação dos recursos e circuito dedicado.

15 2. Comutação de circuitos 2.3. Desempenho Eficiência: Redes e comutação de circuitos não são tão eficientes, pois um recurso alocado para uma conexão permanece em uso até que a mesma seja encerrada; Atraso: Mesmo com baixa eficiência, o atraso em rede de comutação por circuito é baixo, pois os recursos necessários para a transferência de dados já estão garantidos.

16 2. Comutação de circuitos 2.3. Desempenho Atraso (visualização):

17 2. Comutação de circuitos 2.4. Aplicação A comutação na camada física na rede telefônica tradicional usa o método de comutação de circuitos.

18 3. Comutação de datagramas 3.1. Introdução Em comunicação de dados, é preciso enviar mensagens a partir de um sistema a outro extremo. Se a mensagem vai passar através de uma rede de comutação de pacotes, que necessita de ser dividido em pacotes de tamanho fixo ou variável. O tamanho do pacote é determinado pela rede do protocolo que rege.

19 3. Comutação de datagramas 3.1. Introdução Tradicionalmente, em uma rede de comutação de pacotes não existe reserva de recursos; os recursos são alocados sob demanda QoS (Qualidade de Serviço) Best effort (melhor esforço) Traffic shaping

20 3. Comutação de datagramas 3.2. Tabela de roteamento Um roteador em uma rede de datagramas usa uma tabela de roteamento que se baseia no endereço do destino

21 3. Comutação de datagramas 3.3. Desempenho Eficiência: Melhor eficiência, pois recursos são alocados apenas quando pacotes são transferidos; Atraso: Atraso pode ser maior, em função do tempo de espera de cada pacote em cada roteador antes de ser transmitido. Como caminho de transmissão de cada pacote pode ser diferente, o atraso também pode ser diferente.

22 3. Comutação de datagramas 3.3. Desempenho Atraso (visualização):

23 4. Rede de circuitos virtuais 4.1. Introdução Combina funcionamento da rede comutada por circuito e rede de datagramas; Requer fases de estabelecimento e encerramento de conexão, e transferência de dados; Recursos alocados no momento do estabelecimento da conexão, ou durante a transferência Rede de circuito virtual é implementada na camada de enlace

24 4. Rede de circuitos virtuais 4.2. Endereçamento Um circuito virtual contém dois endereços: Endereço global: Endereço único no escopo da rede. Nesse caso, é utilizado para criar endereços VCI. Esse endereço global não é endereço IP. Identificador de Circuitos Virtuais (VCI): identifica um circuito na comunicação entre dois switches.

25 4. Rede de circuitos virtuais 4.3. Fases de comunicação Estabelecimento da conexão: Um switch cria uma entrada para cada circuito virtual. Composto pelas seguintes etapas: solicitação de estabelecimento de conexão reconhecimento Transferência de dados: Para transmissão de um frame, todos os switches precisam ter uma tabela de entrada para seu circuito virtual; Encerramento da conexão: Switches destroem entrada na tabela através de solicitação de encerramento de conexão.

26 4. Rede de circuitos virtuais 4.3. Fases de comunicação Estabelecimento da conexão: solicitação de estabelecimento de conexão

27 4. Rede de circuitos virtuais 4.3. Fases de comunicação Estabelecimento da conexão: reconhecimento

28 4. Rede de circuitos virtuais 4.3. Fases de comunicação Transferência de dados: em um único switch

29 4. Rede de circuitos virtuais 4.3. Fases de comunicação Transferência de dados: transferência origem-destino

30 4. Rede de circuitos virtuais 4.4. Desempenho Eficiência: Na comutação de circuitos virtuais, todos os pacotes pertencentes à mesma origem e destino trafegam pela mesma rota; Mas, pode ser que os pacotes cheguem ao destino com retardos diferentes, caso a alocação de recursos seja feita sob demanda. Atraso: Atraso detectado no estabelecimento e encerramento de conexão;

31 4. Rede de circuitos virtuais 4.4. Desempenho Atraso (visualização):

32 4. Rede de circuitos virtuais 4.5. Aplicação A comutação de dados na camada de enlace de uma WAN comutada, como redes ATM e frame relay, é normalmente implementada usando-se técnicas de circuitos virtuais.

33 5. Estrutura de um comutador 5.1. Introdução Estrutura de comutadores de circuito: Comutador crossbar; Comutador multinível; Comutador por divisão de tempo; Comutador por divisão de espaço e tempo. Estrutura de comutadores de pacotes;

34 5. Estrutura de um comutador 5.2. Comutador crossbar Comutador apresenta estrutura de barramento cruzado; Apresenta n entradas e m saídas; Desvantagem é o grande número de cruzamentos necessários, mxn no total; Na prática, estudos mostram que menos de 25% dos pontos de cruzamento estão em uso em um dado momento

35 5. Estrutura de um comutador 5.2. Comutador crossbar

36 5. Estrutura de um comutador 5.3. Comutador multinível Resolve o problema do comutador crossbar sobre a quantidade de cruzamentos; Comutadores crossbar são conectados em níveis (geralmente 3); Na prática, é implementada a possibilidade de várias rotas dentro do comutador, o que diminui a quantidade de pontos.

37 5. Estrutura de um comutador 5.3. Comutador multinível

38 5. Estrutura de um comutador 5.3. Comutador multinível Em um comutador multinível, o total de pontos de cruzamento é 2kN + k(n/n) 2 o qual é muito menor que o número de cruzamento de um comutador crossbar (N 2 ).

39 5. Estrutura de um comutador 5.3. Comutador multinível Bloqueio: Situação que uma entrada não consegue estabelecer um circuito, em função das rotas internas de um comutador estarem ocupadas. Bloqueio não acontece em comutadores crossbar (1 nível), pois todas as rotas são dedicadas Critério de Clos determina a condição de não haver bloqueio em comutador multinível.

40 5. Estrutura de um comutador 5.3. Comutador multinível Critério de Closs: n = (N/2)1/2 k > 2n 1 Pontos de cruzamento 4N [(2N)1/2 1]

41 5. Estrutura de um comutador 5.4. Comutador por divisão de tempo Utiliza multiplexação TDM dentro do comutador; Intercâmbio de time-slot (TSI): Sistema que conecta entrada e saída do sistema de multiplexação TDM. Um comutador por divisão de tempo é composto por: Multiplexador TDM Demultiplexador TDM; Elemento TSI.

42 5. Estrutura de um comutador 5.4. Comutador por divisão de tempo

43 5. Estrutura de um comutador 5.5. Comutador por divisão de tempo e espaço Comutação por divisão de espaço: Vantagem: comutação instantânea; Desvantagem: número de pontos de cruzamento; Comutação por divisão de tempo: Vantagem: não necessita de pontos de cruzamento; Desvantagem: processamento de cada conexão cria retardos. Comutadores TST (Tempo-Espaço-Tempo): Unifica o melhor das duas técnicas de comutação por espaço e por tempo.

44 5. Estrutura de um comutador 5.5. Comutador por divisão de tempo e espaço

45 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes Estrutura diferente de comutadores de circuitos, porém com algumas heranças. Componentes básicos: Porta de entrada; Porta de saída; Processador de roteamento; Estrutura de comutação.

46 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes

47 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes Porta de entrada: Realiza as funções da camada física e de enlace de dados Os bits são reconstruídos a partir do sinal recebido Porta de entrada possui buffer de fila para conter eventuais atrasos.

48 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes Porta de saída: Realiza a mesma função da porta de entrada, porém na ordem inversa. Processador de roteamento: Processador de roteamento executa funções da camada de rede; Endereço de destino é usado para encontrar o endereço do próximo nó, ao mesmo tempo, a porta de saída.

49 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes Estrutura de comutação: Transferência do pacote da fila de entrada para a fila de saída; Velocidade de transferência afeta na latência do pacote; Estruturas: Comutador crossbar: estrutura de barramento cruzado; Comutador Banyan: implementação semelhante a de um comutador multiestágio.

50 5. Estrutura de um comutador 5.6. Comutador de pacotes Estrutura de comutação: Comutador Banyan.