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Redes de Dados e Comunicações
Prof. Érico José Ferreira
twitter: @ericonetorkut: Erico Jose Ferreira
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Redes de Dados e Comunicações
Quem sou eu
●29 anos de atuação em TIC● Trabalho na Dataprev há 23 anos● Analista de TIC formado pela PUC-RJ● Professor universitário● Pós-Graduado em Redes e Telecom pela Universidade Salvador-BA● Mestrando em Engenharia Elétrica na UNB● Trabalho com software Livre desde 1994● Dentre outras atividades fui “tester” do debian-cdd-br, hoje BrDesktop● Atualmente gerencio a Unidade de Desenvolvimento de Software Livre na Dataprev
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Redes de Dados e Comunicações
Referências Bibliográficas
• FOROUZAN, Behrouz A. , Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 3ª ed. São Paulo: Bookman, 2008.
• TANENBAUM, A. , Redes de Computadores, Tradução da 4ª edição. Rio de Janeiro: Campus, 2003.
• KUROSE, James F. e ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet, 3ª ed. São Paulo: Pearson, 2007.
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Sistema Genérico de Comunicações
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Redes de Dados e Comunicações
Sistema Genérico de Comunicações
• 1. Fonte: produz a informação na forma de símbolos (ex. 'A', 'B', 'C');
• 2. Destino: para quem a informação é dirigida;• 3. Codificador: transforma a informação para uma
forma que possa ser transmitida no• canal. (exemplo: caractere ‘A' para '0100 0001');• 4. Decodificador: recupera o símbolo original da
informação;• 5. Emissor: entrega um sinal de energia adequada ao
meio (modulador);
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Redes de Dados e Comunicações
Sistema Genérico de Comunicações
• 6. Meio: propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor;
• 7. Receptor: retira a energia do meio e recupera o código transmitido (demodulador);
• 8. Ruído: fator inerente ao meio de comunicação;
• 9. Canal: transporta os símbolos e a informação associada da fonte ao destino.
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Redes de Dados e Comunicações
Redes de Computadores
• Conjunto de computadores autônomos interconectados por uma única tecnologia.
• Interconexão existe quando pode haver troca de informações/compartilhamento de recursos.
• Interconexão pode ser feita com fios de cobre, fibras óticas, microondas, infravermelho e satélites de comunicação.
• Cada meio tem vantagens e desvantagens (custo, alcance, facilidade de instalação, etc.).
• Existem redes em muitos tamanhos, modelos e formas.
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Redes de Dados e Comunicações
Contexto Corporativo
• Globalização, computadores e facilidades de comunicação de dados, estão transformando o modo de condução das pessoas e das empresas.
• Facilidade de acesso à informação, integração e conectividade são elementos que geram vantagem competitiva e consequente sucesso empresarial.
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Redes de Dados e Comunicações
Contexto Corporativo
• Três forças diferentes têm controlado a arquitetura e a evolução das facilidades de comunicação de dados e redes:Crescimento do tráfego;Desenvolvimento de novos serviços;Avanços tecnológicos.
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Redes de Dados e Comunicações
Tendências Tecnológicas
• Busca pelo mais rápido e mais barato computadores mais poderosos, links de alta velocidade (fibra ótica, Gb Ethernet, etc.)
• Redes atuais mais “inteligentes” QoS e serviços personalizáveis em gerência e segurança.
• Conceitos da internet e serviços Web migraram para dentro das empresas através das intranets e extranets.
• Mobilidade correio de voz, celulares, correio eletrônico, portais internet, redes wireless.
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Redes de Dados e Comunicações
Usos de Redes de Computadores
• Aplicações: vistas pelos usuários finais. Convergência de dados, voz, imagens e vídeos.
• Serviços: rede de informações em termos dos serviços que ela oferece para suportar as aplicações.
• Gerenciamento: rede como provedor de serviços. Incluem controle e disponibilidade, autenticação, gerenciamento de capacidade, QoS, etc.
• Infra-Estrutura: enlaces de comunicação, LANs, WANs e conexões com a internet.
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Redes de Dados e Comunicações
Usos de Redes de Computadores
• Necessidades das Empresas
Maior valor para a empresa
Aplicações
Serviços
Gerencia mento
Infra
Convergência voltada para a empresa
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Compartilhamento de recursos: significa a disponibilidade para qualquer usuário de programas, dados, dispositivos físicos, independente de sua localização geográfica.
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Confiabilidade: é o grau no qual um sistema pode tolerar:Defeitos: físicos ou algoritmos que podem gerar
errosErros: itens de informação que quando processados
por algoritmos normais do sistema produzem falhasFalhas: eventos para os quais as especificações do
sistema são violadas
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Disponibilidade: é a probabilidade de um sistema estar em funcionamento, mesmo que degradado, a despeito de falhas, a qualquer instante
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Extensibilidade:é a capacidade de sistemas serem facilmente adaptados a novos ambientes e necessidades e terem o porte alterado sem interrupção de seu funcionamento. Também chamado de crescimento incremental.
• Desempenho: definido mais frequentemente em termos de vazão e tempo de resposta
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Meio de comunicação: é usado no lugar de telefonemas, cartas, documentos, fax, etc.
• Treinamento à distância
• Custo do hardware: estações de trabalho PC x mainframes
• Motivações econômicas e tecnológicas
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Acesso a informação remotaInstituições financeiras, home shopping, jornais e
outros periódicos, biblioteca, WebInteração pessoa com banco de dados/servidorEducação à distância
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Redes de Dados e Comunicações
Motivações para uso de redes
• Comunicação entre pessoasE-mail, videoconferência, newsgroups
• Entretenimento interativoVídeo sob demanda, televisão interativa, jogos
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Redes de Dados e Comunicações Questões sociais no uso de redes de computadores
• Problemas sociais, éticos e políticos• Disponibilização de material ofensivo.
Como tratar ?
• Responsabilidade das operadoras.Quais são ?
• Direitos de empregados e empregador.Até onde vai o limite ?
• Uso em juízo de informação enviada/recebida através da rede
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Redes de Dados e Comunicações
Evolução das Redes
• SneakernetPartilha de dados através de disquetes.Cada vez que um arquivo era modificado, tinha de
ser novamente distribuído.Torna-se difícil a gestão de versões.Pouco eficiente.
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Redes de Dados e Comunicações
Evolução das Redes
• Redes Pessoais (PAN – Personal Area Network)Redes de curtíssima distância (30-50m)Permite a interconexão de dispositivos de uso pessoal:
notebook, celular, fones de ouvido, MP4 Player, etc.Cada vez mais comuns nos dias de hojeNormalmente faz uso de tecnologia de transmissão
Bluetooth ou RF.
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Redes de Dados e Comunicações
Evolução das Redes
• Redes Locais (LAN – Local Area Network)Foram criadas normas para redes que permitiam a
interligação de computadores.Permitiu que o equipamento de rede de vários fabricantes fosse
compatível.
Permite a interligação de meios informáticos (computadores, impressoras, etc.).
Distâncias relativamente curtas.Cada Rede Local pode ser vista como uma ilha.À medida que as necessidades de comunicação subiam
tornou-se óbvio que as Redes Locais não eram suficientes.
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Redes de Dados e Comunicações
Evolução das Redes
• Redes Metropolitanas e Redes GlobaisRedes Metropolitanas (MAN – Metropolitan Area
Network)interligam Redes Locais ao nível de uma cidade
Redes Globais (WAN – Wide Area Network)interligam Redes Locais a uma escala planetária.
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Redes de Dados e Comunicações
Evolução das Redes
• Redes Sem Fio (wireless)Utilizam ondas de rádioMeio físico é o ar ou o espaçoAs ondas de rádio estão na faixa das microondas e
para este tipo de freqüência existem dois elementos importantes:as torres de retransmissão.comunicação via satélite.
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Redes de Dados e Comunicações
Protocolos de Redes
• Conjuntos de protocolos (protocol suites) são coleções de regras que permitem a comunicação de um host para outro através da rede.
• Um protocolo é uma descrição formal de um conjunto de regras e convenções que definem um aspecto particular do modo como os dispositivos se comunicam numa rede.
• Os protocolos definem o formato, temporização, seqüência e controle de erros numa comunicação de dados.
• Sem os protocolos, um computador não pode reconstruir o fluxo de bits que recebe de outro computador no seu formato original.
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Redes de Dados e Comunicações
Protocolos de Redes
• Os protocolos controlam todos os aspectos da comunicação:como é construída a rede física;como os computadores são ligados à rede;como é formatada a informação;como é enviada a informação;como lidar com os erros.
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Redes de Dados e Comunicações
Protocolos de Redes
• Os protocolos são criados e mantidos por organizações e comités: Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)American National Standards Institute (ANSI)Telecommunications Industry Association (TIA)Electronic Industries Alliance (EIA) International Telecommunications Union (ITU)
anteriormente conhecido como Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique (CCITT).
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Redes de Dados e Comunicações Arquitetura de Redes
• Decomposição em Camadas:Para dois sistemas comunicarem entre si é necessário
que partilhem um conjunto comum de regras.Este conjunto de regras é complexo para ser
compreendido como um todo.A solução é a divisão num conjunto de peças individuais
de tamanho compreensível e manuseável.Esta partição é feita em funções individuais.Permite a adição e a atualização de funções sem que
para isso se desestabilize todo o conjunto de regras
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Decomposição em Camadas: O propósito de cada camada é oferecer serviços às
camadas superiores, “escondendo” a forma como esses serviços são implementados.
O número n de camadas difere de um tipo de rede para outro.
A camada n de uma máquina conversa com a camada n de outra máquina.
As regras estabelecidas para essa conversa são chamadas de protocolo da camada n.
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Comunicação direta (horizontal) entre entidades pares é virtual e executada através do protocolo da camada n
• Comunicação real (vertical) é feita entre entidades na mesma hierarquia
• Comunicação entre máquinas ocorre efetivamente na camada mais baixa através de um meio físico
• A abstração da comunicação entre entidades pares é fundamental no projeto de rede
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Existe uma interface entre camadas adjacentes• A interface define as operações primitivas e serviços
da camada n para as camadas superiores• A interface tem um papel importante no projeto de
redesEste é um problema geral de engenharia de
software
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Detalhes de implementação e especificação de interfaces não fazem parte da arquiteturaNota: não confundir interface com serviços
• Pilha de protocolos (protocol stack): protocolos usados em cada camada (um por camada) em um sistema
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
O conjunto de protocolos e camadas é chamado Arquitetura de Redes
Máquina 1 Máquina 2
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Exemplo de comunicação multi-nívelBrasil França
Português Francês
Tradutor 1 Português/Inglês
Tradutor 2Inglês/Francês
Mensageiro 1 Mensageiro 2
Estou projetando um novo componente eletrônico
I’m designing a new chip
Je conçois une nouvelle pièce électronique
Pesquisador 1 Pesquisador 2
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasEndereçamento de entidades:
É necessário um mecanismo para identificar entidades (máquinas, processos, aplicações, etc.) transmissoras e receptoras
Existe a questão da comunicação ponto-a-ponto X um-para-vários (comunicação em grupo)
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasRegras para transferência de dados:
Direção da comunicação: Simplex: dados transmitidos em uma direção Half-duplex: nas duas direções mas não simultaneamente Full-duplex: nas duas direções simultaneamente
Número de canais lógicos associados a conexão e suas prioridades
Exemplo: dois canais – um para dados normais e outro para dados urgentes
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasControle de erro:
É responsável pela detecção e correção de erros físicosAs entidades pares devem concordar no mecanismo
usado para detectar e corrigir errosRX deve usar um mecanismo para indicar ao TX
mensagens recebidas corretamente ou não
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasSeqüenciamento de mensagens:
Problema: nem todos os canais de comunicação preservam a ordem em que as mensagens foram transmitidas
O protocolo deve prover um mecanismo para o RX reconstituir a informação original. Exemplo: número de seqüência
Problema decorrente: o que fazer com informações que chegam fora de ordem
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasControle de fluxo:
Problema: como evitar que o TX envie dados acima da capacidade de processamento do RX – ocorre em todas as camadas
Existem várias soluções. Exemplo: Enviar o estado corrente do RX para o TX diretamente ou não
Permitir ao TX enviar dados dentro de certas taxas
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasTamanho de mensagens:
Problema: transmissão e tratamento de mensagens arbitrariamente longas
Mensagens são normalmente divididas, transmitidas e reconstituídas no destino
Problema relacionado: transmissão de mensagens pequenas demais o que torna o processo ineficiente
A solução é agrupar mensagens para o mesmo endereço em uma mensagem maior, e desmembrá-la no destino
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasMultiplexação de conexões:
Problema: num protocolo orientado a conexão pode ser caro ou inconveniente estabelecer conexões entre todas as entidades pares
Uma conexão pode ser compartilhada por várias entidades pares não relacionadas, desde que isso seja feito de forma transparente
É comum na camada física
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Redes de Dados e ComunicaçõesArquitetura de Redes
• Questões de Projetos Relacionadas com as CamadasRoteamento:
É necessário quando existem múltiplos caminhos entre origem e destino
Pode ser feito em dois ou mais níveis. Por exemplo, primeiro uma decisão de alto nível e depois em função do tráfego
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Redes de Dados e Comunicações
Modelos de Referência
• O que são?Propostas concretas de arquiteturas de rede
• Existem várias propostas:Modelo de referência OSI/ISOArquitetura TCP/IPIEEE 802Padrão ATMWAP, Bluetooth, ...
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Redes de Dados e Comunicações
Modelos de Referência
• Duas arquiteturas de rede importantes:Modelo OSI–Open Systems Interconnection da
ISOModelo OSI não é uma arquitetura em si porque não
especifica serviços e protocolos em cada nívelISO especificou separadamente padrões de protocolos
para cada nível
• TCP/IP
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada FísicaResponsável pela transmissão física de bits no canal de
comunicação
• Questões:Tensão para representar 1's e 0's“Tempo de duração” de um bitRegras para transferência de dadosRegras para estabelecer e terminar uma conexãoPadrões mecânicos, elétricos e procedimentais da parte
física
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de EnlaceUnidade de informação é chamada de quadro
(frame)Responsável por prover uma linha de transmissão
sem erros para a camada de redeTrata de quadros recebidos incorretamente,
perdidos ou duplicadosUsa quadros de confirmação (positiva e negativa)
para indicar recebimento correto ou não de quadros de dados
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de EnlaceDiferentes tipos de serviços podem ser oferecidosNormalmente o mecanismo de controle de fluxo é
integrado com o controle de erroRedes tipo difusão devem implementar um
mecanismo de controle de acesso ao meio
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de Enlace – ServiçosEnquadramento e acesso ao enlace:
encapsula datagrama num quadro incluindo cabeçalho e cauda, implementa acesso ao canal se meio for compartilhado, ‘endereços físicos’ são usados em cabeçalhos de quadros para
identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
Entrega confiável: Pouco usada em fibra óptica, cabo coaxial e alguns tipos de pares
trançados devido a taxas de erro de bit muito baixas. Usada em enlaces de rádio, onde a meta é reduzir erros evitando
assim a retransmissão fim a fim.
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de Enlace – Serviços Controle de Fluxo:
compatibilizar taxas de produção e consumo de quadros entre remetentes e receptores
Detecção de Erros: erros são causados por atenuação do sinal e por ruído receptor detecta presença de erros receptor sinaliza ao remetente para retransmissão, ou simplesmente
descarta o quadro em erro Correção de Erros:
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o erro sem precisar da retransmissão
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de RedeResponsável pela operação da sub-rede de
comunicaçãoDuas questões importantes desta camada:
RoteamentoControle de Fluxo
• Outras funções:ContabilidadeInterconexão entre redes diferentes
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de TransporteResponsável pelo transporte fim-a-fim dos dados entre
origem e destinoDependendo do tráfego a ser transportado pode fazer
multiplexação ou divisão de conexões das entidades de transporte
Oferece diferentes tipos de serviço para a camada de sessão:Conexão ponto-a-ponto confiável que garante a ordem de
transmissão das mensagensDifusão de mensagens
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de TransporteOutras funções:
Mecanismo de identificação de mensagensControle de fluxo
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de SessãoResponsável por estabelecer sessões entre usuários
em máquinas diferentesOutras funções:
Controle de diálogoGerenciamento de tokensSincronização
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de ApresentaçãoTrata da sintaxe e semântica da informação
transmitidaPor exemplo, codificação dos dadosNotação ASN-1 (Abstract Syntax Notation)
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Camada de AplicaçãoContém vários protocolos comumente usados por
usuáriosPor exemplo, protocolos da 1a geração: ftp, telnet,
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Transmissão de dados
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Críticas ao ModeloExpectativa no final da década de 80:
Modelo OSI e seus protocolos iriam ser a arquitetura de rede predominante
Expectativa não se concretizou por problemas de:Momento da disponibilização dos padrõesTecnologiaImplementaçõesPolítica
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Momento da disponibilização dos padrõesProtocolos TCP/IP já eram muito utilizados pelo
meio acadêmico quando os protocolos OSI apareceram
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema da TecnologiaModelo e protocolos têm falhas de projetoPor exemplo, problemas com as camadas:
Enlace e rede: possuem muitas funções o que levou a serem divididas em sub-camadas
Sessão: pouca utilidade na maior parte das aplicaçõesApresentação: quase sem função
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema da TecnologiaRazão principal para ter sete camadas:
Produzir um modelo de referência similar ao SNA (Systems Network Architecture) da IBM que tem sete camadas.
No final da década de 70, havia um medo que a IBM pudesse dominar o mercado com o modelo SNA
Protocolos complexos e de difícil compreensão
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema da TecnologiaAlgumas funções como endereçamento, controle de
fluxo e controle de erro reaparecem em cada camadaNão é claro onde certas funções devem se encaixar:
Terminal virtual: passou da camada de apresentação para aplicação
Segurança de dados, criptografia e gerência de rede: não houve acordo onde deveria entrar
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema da TecnologiaIgnorou serviços sem conexão apesar da maior
parte das redes locais funcionar dessa formaModelo é dominado por características de
comunicações que não são apropriadas paraA forma como computadores e softwares
trabalham. Exemplo:Indication x Receive
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema das ImplementaçõesPrimeiras implementações eram de qualidade ruimA imagem não mudou quando os produtos
melhoraram de fatoEspiral decrescente
Primeiras implementações do TCP/IP eram de boa qualidade e grátis e faziam parte do UNIX de BerkeleyEspiral crescente
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência OSI
• Problema da PolíticaVisão que predominou na década de 80:
O modelo OSI é o melhor e deve ser usado por todos
Forte suporte da comunidade européia e depois da americana
Poucos esforços têm sido feitos hoje
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Redes de Dados e ComunicaçõesO Modelo de Referência TCP/IP
• Surgiu com a ARPANET• Camada Inter-rede (Internet)
– Serviço de Comutação de Pacotes Não Orientado a Conexões: habilidade de sobreviver a falhas no hardware da sub-rede
– Protocolo IP
• Nível TCP– TCP: Orientado a conexões confiável
– UDP: Não Orientado a Conexões não confiável
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Redes de Dados e ComunicaçõesO Modelo de Referência TCP/IP
– Serviços Orientados a Conexões • Objetos são enviados de uma extremidade e
recebidas em outra na mesma ordem• Transferência de arquivos
– Serviços Não-Orientados a Conexões• Cada mensagem carrega o endereço de destino• Datagramas (Pacotes)
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência TCP/IP
• Comunicação em Camadas – O Modelo TCP/IP
•Foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD).•É uma norma aberta.•É o conjunto de normas utilizado na Internet.•Apesar de alguns níveis terem a mesma designação no modelo OSI, os níveis no dois modelos não correspondem exatamente.
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência TCP/IP
• Comunicação em Camadas – Encapsulamento de dados
Quadro
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência TCP/IP
• Comunicação em Camadas – OSI x TCP/IP
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Redes de Dados e ComunicaçõesOSI x TCP/IP
• 1º O Modelo– Bem geral– Houve a necessidade de
criar subcamadas
• Camada de Rede– Orientada e Não Orientada
a Conexões
• Camada de Transporte– Orientada a Conexões
• 1º Os Protocolos– Bem específicos– Não descrevem bem redes
diferentes
• Camada de Rede– Não Orientada a Conexões
• Camada de Transporte– Orientada e Não Orientada
a Conexões
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Redes de Dados e Comunicações
O Modelo de Referência TCP/IP
• Comunicação em Camadas – Protocolos TCP/IP
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Redes de Dados e ComunicaçõesO Modelo de Referência TCP/IP
• Hosts se comunicando numa LAN
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Redes de Dados e Comunicações
A Camada Física
• Os meios físicos de transmissão servem para levar a informação da origem ao destino no processo de comunicação de dados, determinando a quantidade de informação que pode ser transmitida em certo intervalo de tempo e também a distância máxima que a informação pode percorrer na rede sem repetidores.
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Redes de Dados e Comunicações
A Camada Física
• A quantidade de informação está relacionada diretamente com a freqüência dos sinais elétricos codificados, e quanto maior a freqüência, maior é a atenuação e a distorção dos sinais.
• A atenuação é uma perda de potência devido à dissipação dos sinais no meio, e a distorção é uma deformação na forma de onda devido à diferença de velocidade com que se propagam as diferentes componentes de freqüência do sinal original.
• Se estes fatores ultrapassarem certos limites, o sinal é irrecuperável no receptor, provocando perda de informação na transmissão.
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Redes de Dados e Comunicações
A Camada Física
• Existem vários protocolos (regras) para efetuar a comunicação utilizando como suporte os meios físicos. Vamos ver as particularidades de cada um dos mais utilizados atualmente.
• As principais particularidades abordadas são as seguintes:custo; banda passante (ou velocidade máxima); imunidade a ruído e confiabilidade; limitação geográfica devido à atenuação característica do
meio.
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 79
Redes de Dados e Comunicações
A Camada Física
• Estas particularidades são muito importantes para a escolha do meio de transmissão adequado à determinada aplicação, além de influenciar no custo do sistema.
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 80
Redes de Dados e Comunicações
A Camada Física
• Os meios físicos abordados são os seguintes:meio magnéticopar trançadocabo coaxial,fibra óticavácuo (ondas de rádio)
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 81
Redes de Dados e Comunicações
Meio Magnético
• Uma das formas mais comuns para transportar dados de um ponto a outro. Consiste em gravar as informações em um disquete, fita magnética, CD, etc. e colocar a bordo de um carro ou outro meio de transporte, levar para o outro ponto e recuperar lá as informações, sem a necessidade de um canal de transmissão de dados entre os pontos fonte e destino.
Só para memorizar : Transmissão “molequelá”
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 82
Redes de Dados e Comunicações
Meio Magnético
• Normalmente esta não é a solução mais rápida e eficiente para a transmissão, pois existem muitas aplicações que não suportam este tipo de comunicação (imagine o sistema bancário baseado neste tipo de comunicação).
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Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
• O par trançado é a mais antiga e também a mais popular forma de meio físico para transmissão de dados. Normalmente os dois fios são trançados para reduzir a interferência elétrica entre pares próximos (dois fios em paralelo constituem uma antena simples, enquanto que um par trançado não).
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 84
Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 85
Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
• Os pares de fios trançados foram padronizados pela EIA (Electronics Industries Association), e pela TIA (Telecommunications Industry Association), que determinaram uma divisão em graduações.
• De acordo com esse padrão, quanto mais elevado o número do grau, menor a atenuação do cabo e mais tranças ele tem por metro, melhorando sua característica de interferência entre pares próximos.
• Nos cabos categorias 3, 4 e 5, o número mínimo é de 9 tranças por metro, e estas nunca podem repetir o mesmo padrão de trança no cabo (entre pares), reduzindo o fenômeno de linha cruzada.
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Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
• O par trançado é largamente utilizado devido a certos fatores, entre eles pode-se citar o preço baixo e seu uso disseminado no sistema telefônico.
• O principal problema deste tipo de meio físico é sua suscetibilidade a influências externas, como por exemplo, raios, descargas elétricas e campos magnéticos (como o gerado por motores), causando ruídos e perda de informação.
• Além disso, o par trançado sofre problemas de atenuação (que é maior à medida que aumenta a freqüência da transmissão), necessitando de repetidores para distâncias acima de alguns quilômetros.
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Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
• Esses fatores citados são diminuídos em pares trançados de mais alta qualidade, que possuem um cabo melhor e um enrolamento mais acentuado, evitando maiores interferências.
• Um cabo de par trançado não blindado categoria 5 possui uma fina camada metálica envolvendo-o, evitando ainda mais a interferência eletromagnética e atingindo maiores velocidades.
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Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
Cabo UTP blindado (acima) e UTP com dupla blindagem (abaixo)
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Redes de Dados e ComunicaçõesPar de Fios ou UTP – Unshielded Twisted Pair
Categoria para cabos UTP da EIA/TIA.
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Redes de Dados e ComunicaçõesCabo STP (Shielded Twisted Pair)
• Existem ainda os pares trançados blindados, que possuem uma blindagem envolvendo cada par trançado dentro do cabo. Este tipo de cabo é confeccionado industrialmente com impedância característica de 150 ohms, podendo alcançar freqüências de 300 MHz em 100m de cabo.
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo STP (Shielded Twisted Pair)
Cabo STP
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo STP (Shielded Twisted Pair)
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo Coaxial
• O cabo coaxial é constituído de um condutor interno circundado por uma malha condutora externa, tendo entre ambos um dielétrico que os separa.
• O cabo coaxial, ao contrário do par trançado, mantém uma capacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento do cabo.
• Esse fator faz com que os cabos coaxiais possam suportar velocidades mais elevadas que o par trançado.
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo Coaxial
• Existem dois tipos de cabo coaxial:
coaxial de 50 ohms: usado para transmissão digital em banda básica, como, por exemplo, o Ethernet.
coaxial de 75 ohms: utilizado tipicamente para TV a cabo e redes de banda larga.
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo Coaxial
• A forma de construção do cabo coaxial (com a blindagem externa) proporciona uma alta imunidade a ruído.• Sua geometria permite uma banda passante de 60 kHz a 450 MHz.• Sua velocidade de transmissão pode chegar a 10 Mbps em distâncias de um quilômetro.• Maiores velocidades podem ser obtidas com cabos mais curtos.
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Redes de Dados e Comunicações
Cabo Coaxial
• Um problema em relação ao cabo coaxial é o que sua topologia inerente é barra, herdando seus problemas.
• É por este motivo que analistas de mercado dizem que o cabo coaxial está condenado em transmissão digital, pois o par trançado pode fazer tudo o que o cabo coaxial faz e com custo menor.
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
• A fibra ótica, apesar de possuir um custo mais elevado que os outros tipos de meios físicos, tem várias vantagens, como, por exemplo:Baixo índice de atenuação do sinal;Leves, flexíveis e pouco volumosas;Baixa influência de ruídos externos, provocando
uma transmissão mais confiável;Grande velocidade de transmissão de dados.
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
• Como desvantagens, pode-se citar o custo das interfaces eletro-ópticas, a dificuldade de efetuar multiponto e as perdas nas terminações.
• Um sistema de fibra ótica possui três componentes principais:meio de transmissãotransmissorreceptor.
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
• O meio de transmissão mais utilizado é a sílica.• Outros meios podem ser utilizados, como a fibra de
vidro e o plástico.
• O plástico é mais barato, mas possui taxas de atenuação mais elevadas.
• Ao redor do filamento (núcleo), existem outras substâncias de menor índice de refração, que fazem com que os raios sejam refletidos internamente, minimizando assim as perdas na transmissão.
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
• O transmissor pode ser um LED (Light Emitting Diode - diodo emissor de luz) ou um diodo laser.
• Ambos emitem luz quando recebem um pulso elétrico.
• O receptor é um fotodiodo, que gera um pulso elétrico quando uma luz incide sobre ele.
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
Tipos de Fibra Óptica
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Redes de Dados e Comunicações
Fibra Ótica
• Fibras monomodo requerem diodos a laser (mais caros) para enviar a luz ao invés dos LEDs (baratos) utilizados em fibras multimodo, mas são mais eficientes e podem atingir maiores distâncias.
• A idéia é que o diâmetro do núcleo seja tão pequeno que apenas um raio de luz seja transmitido.
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Redes de Dados e Comunicações
Ondas de Rádio
• Meio físico é o ar ou o espaço
• As ondas de rádio estão na faixa das microondas e para este tipo de freqüência existem dois elementos importantes:as torres de retransmissãocomunicação via satélite.
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Redes de Dados e Comunicações
Ondas de Rádio
• A comunicação via torres de retransmissão necessita visibilidade entre as torres, pois as microondas percorrem uma linha reta, sem acompanhar a curvatura do globo terrestre.
• Um satélite de comunicações pode ser imaginado como um grande repetidor de microondas no céu.
• Existem satélites síncronos (ou geoestacionários) e assíncronos.
• Os satélites síncronos acompanham a trajetória da terra, ficando sobre a linha do equador a 36.000 km de altitude.
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Redes de Dados e Comunicações
Ondas de Rádio
• Um problema com a transmissão via satélite são os atrasos na conexão fim a fim.
• Um atraso típico de satélite é de 250 a 300 ms.• A título de comparação, links terrestres de microondas tem um atraso de
propagação de aproximadamente 4 μs/km e cabo coaxial tem um atraso de aproximadamente 5 μs/km.
• Uma informação interessante sobre satélites é que o custo para transmitir uma mensagem é independente da distância percorrida.
• O custo de transmitir uma mensagem através do oceano em um link intercontinental é o mesmo que para transmitir a mensagem para o outro lado da rua.
• A transmissão é broadcast, ou seja, não possui um destinatário específico.• Qualquer antena direcionada adequadamente pode receber a informação.• Isto faz com que algumas emissoras enviem mensagens criptografadas
(codificadas), para evitar a recepção por pessoas não autorizadas.
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Redes de Dados e Comunicações
Base Teórica para Comunicação de Dados
• DefiniçõesPeríodo (T)Freqüência (f)AmplitudeFaseComprimento de onda (λ)Domínios
• do tempo
• da freqüência
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Redes de Dados e Comunicações
A Onda
• Da análise das ondas anteriores, vê-se que podemos variar três componentes da onda para imprimir uma informação na portadora. Assim, variando amplitude, freqüência ou fase podemos "modular" a onda de acordo com a variação da onda moduladora (que contém a informação). Amplitude: a altura de uma onda Freqüência: número de ciclos da onda por segundo (Hz = ciclos / s) Fase: Posição instantânea da onda, em graus.
• Ainda na mesma onda, pode-se definir comprimento de onda (λ), que significa a distância mínima que o ciclo se repete (em metros), e T, que é o período da onda, ou o tempo que leva para a onda efetuar um ciclo (em segundos).
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Redes de Dados e Comunicações
A Onda
Relações entre freqüência e comprimento de ondas eletromagnéticas.
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Redes de Dados e Comunicações
Sinais com Banda Passante Limitada
• MedidasFreqüência Hertz (Hz)Amplitude Volts (V)baud (número de mudanças por segundo)Transmitir um caractere de 8 bits num canal de b bps
o o tempo necessário é de 8/b sec
o a freqüência da primeira harmônica é b/8 Hz
• Canal de voza freqüência de corte é 3 kHzTransmitir 8 bits implica em 3000/(b/8) harmônicas
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Redes de Dados e Comunicações
Largura de Banda
• A largura de banda de um canal de comunicação é a diferença entre a maior e a menor freqüência que pode ser utilizada por este canal.
• Esta limitação pode ser física (devido ao tipo de meio físico utilizado) ou imposta através de filtros (como no canal telefônico).
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Redes de Dados e Comunicações
Largura de Banda
• Como exemplo de limitação de largura de banda imposta, temos o canal telefônico, que tem uma largura de banda de 4 KHz.
• Qualquer sinal acima disto é filtrado e descartado da transmissão.
• Isto é necessário no sistema telefônico devido ao fato da companhia telefônica utilizar as mesmas linhas para transmitir mais de uma ligação telefônica simultaneamente, através da multiplexação por divisão de freqüência.
• Multiplexar é utilizar a mesma linha física para transmitir vários canais
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Redes de Dados e Comunicações
Largura de Banda
• Praticamente todo o espectro de freqüência está dividido em bandas, reservado para rádio AM, rádio FM, polícia, satélite, faixa do cidadão, televisão, e assim por diante.
• A figura a seguir mostra uma parte do espectro de freqüências e as tabelas a seguir mostram alguns exemplos de utilização do espectro.
• A tabela de freqüências é padronizada no Brasil pela Anatel.
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Redes de Dados e ComunicaçõesLargura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• Os sinais de voz que partem do ser humano são analógicos e sonoros, ou seja, o ar é empurrado com mais ou menos intensidade, um determinado número de vezes por segundo, gerando uma onda que se propaga.
• Quando atinge um ouvido, este decodifica as ondas sonoras e as transforma em percepções ao cérebro, que identifica um padrão e monta uma mensagem.
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• A freqüência da voz humana, ou seja, o número de vezes por segundo que o ar é empurrado, é dada pelas cordas vocais, gerando um som mais agudo (de maior freqüência), ou mais grave (de menor freqüência).
• Normalmente, o ser humano consegue emitir sinais sonoros aproximadamente entre 100 Hz e 8.000 Hz (8KHz).
• Um ouvido humano perfeito consegue captar aproximadamente de 16 Hz a 18.000 Hz.
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• Entretanto, numa conversação normal, geralmente não se passa de 3KHz.
• Assim, visando utilizar melhor o canal, criou-se uma largura de banda de 4KHz para canais de telefonia, que é o que utilizamos atualmente em nossas ligações.
• O motivo básico para isso é que o sistema de telefonia utiliza os canais de forma multiplexada, necessitando alocar uma determinada largura de banda para cada canal de voz
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• Em testes práticos, julgou-se que a faixa de freqüências entre 300Hz e 3400Hz permitia uma conversação normal.
• Desta forma, utiliza-se filtros eletrônicos para cortar sinais com freqüências acima disto.
• O valor de 4KHz é utilizado como uma tolerância para evitar interferências entre canais multiplexados lado a lado.
• A figura a seguir ilustra isso.
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• Isso foi feito para conseguir mais ligações entre centrais públicas utilizando o mesmo meio físico, que é o princípio da multiplexação.
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Redes de Dados e Comunicações Largura de Banda em Centrais Públicas de Telefonia
• Foi criada uma limitação de 4KHz nos canais de telefonia, a fim de poder multiplexar mais canais nas comunicações entre centrais públicas diferentes, gerando economia e dando uma resposta satisfatória ao usuário.
• Caso você esteja assistindo ao vivo uma orquestra sinfônica e queira telefonar a uma pessoa para ela escutar como estão bonitas as músicas, tenha certeza que o seu interlocutor não vai conseguir perceber o que você está ouvindo, pois o som estará limitado em menos de 4KHz.
• Instrumentos como o piano trabalham normalmente entre 20Hz a 7KHz (chegando a 18KHz), e o violino vai de 200Hz a 10KHz (chegando a 20KHz).
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Redes de Dados e Comunicações
Características da Transmissão
• A direção do fluxo de dados pode ser do tipo simplex, half-duplex ou full-duplex;
• Pode-se ter transmissão digital ou analógica;
• A transmissão pode ser serial (síncrona e assíncrona) ou paralela;
• Largura de banda
• Pode-se transmitir um sinal em banda base ou com modulação.
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Canais SimplexA informação é transmitida em uma única direção,
ou seja, somente do transmissor para o receptor.Um exemplo deste tipo de transmissão é a
comunicação entre um computador e uma impressora.
Neste caso, a impressora somente recebe a informação e o computador somente envia os dados.
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Canais Simplex
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Canais Half-DuplexA informação é transmitida em ambos os sentidos, de
modo alternado, ou seja, em um determinado instante a informação só vai ou só vem, a fim de evitar conflitos na linha de dados.
Um exemplo de comunicação half-duplex é entre duas pessoas utilizando um canal de rádio tipo PX.
Quando uma pessoa fala a outra deve escutar.Quando a primeira pessoa termina de falar, diz "câmbio" e
libera o canal para a outra pessoa, que pode então utilizar o canal.
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Canais Half-Duplex
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Full-DuplexA informação é transmitida em ambos os sentidos
de modo simultâneo.Normalmente é uma transmissão a 4 fios, ou seja,
dois pares de fios.Entretanto, existe uma forma de utilizar transmissão
full-duplex a dois fios, alocando parte da largura de banda para a comunicação A->B e a outra parte para a comunicação B->A.
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Redes de Dados e Comunicações
Direção do Fluxo de Dados
• Full-Duplex
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Analógica e Digital
• Transmissão AnalógicaNa transmissão analógica, os sinais elétricos
variam continuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio físico de transmissão.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Analógica
• VANTAGENS: precisa de uma pequena largura de banda para transmitir o sinal.
• DESVANTAGENS: quando necessita repetidor, o repetidor amplifica também o ruído.
• Vale lembrar que QUALQUER SINAL que trafegue sobre um meio wireless é, obrigatoriamente, analógico.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Digital
• Na transmissão digital, envia-se uma série de sinais, que tem apenas dois valores ou uma gama discreta de valores, e correspondem à informação que se deseja transmitir.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Digital
• VANTAGENS:Quando necessita repetidor, há uma regeneração do sinal,
pois ele é digital e pode ser totalmente recuperado, eliminando completamente o ruído até aquele ponto da transmissão.
Os avanços da microeletrônica estão permitindo circuitos digitais a preços cada vez mais baixos.
Circuitos analógicos são muito caros e pouco próprios para integração e produção em larga escala.
Em comunicação digital pode-se integrar facilmente voz, dados e imagem num mesmo tronco de comunicação, já que tudo é representado por bits.
Os sinais analógicos são de difícil encriptação.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Digital
• VantagensOs sistemas de comunicação nacionais e internacionais são
cada vez mais baseados em troncos de fibra ótica, que estão totalmente estruturados em comunicação digital.
A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), é projetada para comunicação digital.
Consegue-se transmitir muito mais informação em sinais digitais
As funções de roteamento, comutação, armazenamento e controle, próprias de um sistema de comunicação, são mais facilmente realizadas pelos sistemas digitais (computadores e centrais de programa armazenado – CPAs, roteadores, etc.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Digital
• Desvantagens
como o sinal é digital (onda quadrada), precisa de uma grande largura de banda para executar a transmissão.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão em Banda Base
• A transmissão de um sinal em banda base consiste em enviar o sinal de forma digital através da linha, ou seja, enviar os bits conforme a necessidade, de acordo com um padrão digital, como por exemplo a codificação manchester, utilizada em redes locais.
• A transmissão digital pode ser unipolarizada ou bipolarizada.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão em Banda Base
• Uma característica da transmissão digital é que ocupa uma alta largura de banda, como foi visto na análise de sinais e transformada de Fourier.
• Assim, a transmissão banda base é muito usada quando tem-se largura de banda disponível, tipo com LPCDs.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Banda Base em Linhas Telefônicas
• As linhas telefônicas possuem uma limitação de 4KHz na sua largura de banda.
• Como fazer para transmitir os dados através destas linhas?
• Transmissão com modulação, cujo objetivo é transformar o sinal digital a ser enviado em um sinal analógico dentro da faixa de 4KHz, transmitir este sinal através da linha telefônica e remontar o sinal no seu destino.
• O equipamento que faz esta tarefa é conhecido como modem,que é a contração da palavra modulador e demodulador.
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão Banda Base em Linhas Telefônicas
Modem
Modem
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissão com Modulação
• Modulação é a variação das características de uma onda (denominada portadora) de acordo com outra onda ou sinal (denominado sinal modulador).
• O objetivo do processo de modulação é imprimir uma informação em uma onda portadora, para permitir que esta informação seja transmitida no meio de comunicação.
• Na tecnologia atual, existem dois tipos de portadora: portadora analógica (senóide) e a portadora digital (trem de pulsos).
• O sinal modulador pode ser analógico (como a voz) ou digital (dados).
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Redes de Dados e Comunicações
Modulação com Portadora Analógica
• Moduladora analógica:– AM (Amplitude Modulation) ou modulação em amplitude;– FM (Frequency Modulation) ou modulação em freqüência;– PM (Phase Modulation) ou modulação em fase
• Moduladora digital:– ASK (Amplitude Shift Keying) ou modulação por
deslocamento de amplitude;– FSK (Frequency Shift Keying) ou modulação por
deslocamento de freqüência;– PSK (Phase Shift Keying) ou modulação por deslocamento
de fase
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação
• Multiplexar é enviar um certo número de canais através do mesmo meio de transmissão.
• Os dois tipos mais utilizados são: multiplexação por divisão de freqüências (FDM) e multiplexação por divisão de tempo (TDM).
• O objetivo básico para a utilização desta técnica é economia, pois utilizando o mesmo meio de transmissão para diversos canais economiza-se em linhas, suporte, manutenção, instalação, etc.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação
• O problema em uma transmissão multiplexada é evitar a interferência entre os vários canais que se está transmitindo.
• Cada técnica utiliza uma método diferente para não deixar essa interferência ocorrer.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação
• Existem duas técnicas especiais de multiplexação:– FDM – frequency division multiplexing
(multiplexação por divisão de freqüência)– TDM – time division multiplexing (multiplexação
por divisão de tempo)
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
• Em FDM, o espectro de freqüências é dividido em vários canais lógicos, com cada usuário possuindo sua largura de banda própria.
• Dessa forma, cada canal analógico é modulado em freqüências diferentes entre si, evitando a interferência.
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
• A figura a seguir mostra uma multiplexação de 3 canais de telefone (faixa de freqüência original de 0 a 4KHz) sendo multiplexados entre 12KHz e 24KHz.
• Cada canal continua com um espaço equivalente à sua largura de banda original (4KHz), porém, deslocado em freqüência no espectro.
• A recuperação do sinal é semelhante, com o demultiplexador deslocando o sinal para a faixa de freqüência original.
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
• Em um sistema de telefonia, a comunicação de voz faz um trajeto desconhecido pela maioria das pessoas, passando por diversos tipos de meio físico, como par de fios, fibra ótica, comunicação via microondas, sofrendo sucessivas multiplexações e reconstituições do sinal, sendo digitalizado e recuperado novamente, algumas vezes indo até o satélite a 36.000 km de altitude e retornando para outro ponto na terra, e assim por diante.
• Além disto, não são apenas um ou dois usuários que estão envolvidos nesta comunicação.
• Na verdade existem milhares de pessoas se comunicando simultaneamente, levando à necessidade de existir uma estrutura que suporte isto.
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
• Para tornar realidade essa interconectividade, foi necessário o uso extensivo da multiplexação dos canais de voz.
• No primeiro nível de multiplexação FDM, 12 canais de voz são multiplexados, formando o chamado canal de Grupo.
• Cinco canais de Grupo, por sua vez, são multiplexados em um canal de Supergrupo, que contém 60 canais de voz.
• No terceiro nível, cinco canais de Supergrupo são multiplexados em um canal de Grupo Mestre, que carrega 300 canais de voz.
• Em seguida o Super Grupo Mestre, com 900 canais (ITU-T).
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Redes de Dados e Comunicações
FDM – Frequency Division Multiplexing
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Redes de Dados e Comunicações
TDM – Time Division Multiplexing
• Na multiplexação por divisão de tempo, são amostrados ciclicamente os diversos canais tributários e em cada amostragem é recolhida uma fatia de sinal (fatia de tempo), que é utilizada na montagem de um quadro agregado, que corresponde às amostragens de todos tributários durante um ciclo de amostragem.
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Redes de Dados e Comunicações
TDM – Time Division Multiplexing
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Redes de Dados e Comunicações
TDM – Time Division Multiplexing
• Um ponto importante a ser observado é que a velocidade necessária na linha (Ta) deve ser, no mínimo, igual à soma das velocidades de todos os canais de entrada (Tt), pois de outra forma não haveria tempo para amostrar e transmitir os sinais de todos os canais.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação síncrona no tempo
• As principais características da multiplexação TDM síncrona são as seguintes:– Sistema é totalmente síncrono e as taxas, tanto dos canais
tributários como do canal agregado, são constantes e fixas.– Num sistema TDM, a soma das taxas dos tributários deve
ser igual à taxa do canal agregado
– Sistemas TDM são implementados em hardware, através de equipamentos específicos.
– TDM é largamente utilizado no suporte telefônico onde a base são os canais digitais de voz de taxa fixa.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação síncrona no tempo
• Nos multiplexadores TDM síncronos, é enviado um sinal (pode ser bit ou byte) de cada canal, independente se este canal está ativo ou não.
• A figura a seguir mostra um exemplo de transmissão para n canais.
• A flag enviada no início de cada quadro possui o objetivo de sincronizar os dois multiplexadores.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação síncrona no tempo
• Neste tipo de multiplexador, existe um desperdício na transmissão de dados, pois é alocado uma janela ou slot para o canal independente se este canal está transmitindo dados ou não.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
• Um outro tipo de multiplexador TDM, utilizado para resolver o problema do desperdício,é chamado multiplexador estatístico ou ATDM (Asynchronous TDM).
• Envia primeiro o endereço do canal relativo à informação, para então enviar o dado.
• Otimiza o processo de multiplexação recolhendo nas portas tributárias os pacotes de dados de acordo com a sua demanda ou taxa.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
• Portas inativas não ocupam espaço no quadro agregado.
• É necessário que os pacotes contenham um cabeçalho para que possa ser distinguido a que porta se destina o pacote.
• As portas tributárias devem ter buffers adequados para atender picos de demanda dos canais para que não haja perda de pacotes.
• É atualmente a tecnologia mais avançada na otimização dos meios de comunicação.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
• O multiplexador estatístico é bastante utilizado para multiplexar a comunicação de vários terminais com um computador central.
• Nem todos os terminais estão ativos simultaneamente, e quando estão, tem várias pessoas trabalhando com edição de texto ou processos que não exigem tanto do meio de transmissão.
• É possível utilizar uma linha única que não necessita de uma velocidade igual à soma das velocidades dos terminais, barateando custos de transmissão.
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
• Caso todos os terminais enviem dados simultaneamente, o multiplexador estatístico enfrenta problemas, pois a velocidade que seria necessária para suportar tal demanda seria maior que a soma das velocidades de cada terminal (agora existe a necessidade de enviar também um endereço).
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Redes de Dados e Comunicações
Multiplexação assíncrona no tempo
• Para evitar perda de dados devido a esse problema (a velocidade da linha é inferior à soma das velocidades dos terminais), ele possui um buffer que armazena informações em excesso, para depois enviá-las conforme a linha for descongestionando.
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Redes de Dados e Comunicações
Características da Multiplexação FDM
• É a técnica de multiplexação mais antiga;• É própria para multiplexação de sinais analógico;• Canal lógico multiplexado é caracterizado por uma
banda B associada que deve ser menor que a banda do meio;
• É pouco eficiente (exige muita banda de resguardo);• Exige hardware (filtros) próprios para cada canal
lógico;• É caro e de difícil implementação.
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Redes de Dados e Comunicações
Características da Multiplexação TDM
• Técnica própria para multiplexação de sinais digitais;• Os canais lógicos multiplexados são caracterizados
por uma taxa medida em bit/s, cuja soma deve ser igual à taxa máxima do meio (canal agregado);
• É eficiente, exige pouco ou nenhum tempo de resguardo;
• Pode ser implementado por software ou hardware;• É simples e de fácil implementação.
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 170
Redes de Dados e Comunicações
Canais Lógicos e Multiplexação
• O canal lógico possui uma implementação física real no nível físico, não deve ser confundido com o conceito de circuito virtual ou canal virtual do nível de rede.
• O canal lógico é uma entidade física que possui uma caracterização através das técnicas de multiplexação tanto em FDM como TDM.
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 171
Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 da Placa de RedePlacas de rede executam funções importantes da camada de
enlace: Controle de link lógico - comunica-se com camadas superiores no
computador;
Nomeação - fornece identificador exclusivo de endereço MAC;
Enquadramento - parte do processo de encapsulamento, empacotando 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.
A Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 da Placa de Rede
Dispositivos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 da Placa de Rede
Dispositivos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• SwitchesTecnologia que alivia o congestionamento nas LANs
Ethernet, reduzindo tráfego e aumentando largura de banda;
Switches, freqüentemente substituem hubs compartilhados e trabalham com infra-estruturas de cabo existentes para garantir que sejam instalados com o mínimo de interrupção nas redes existentes;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 175
Redes de Dados e Comunicações
• SwitchesHoje, nas comunicações de dados, todos os equipamentos
de switching e roteamento executam duas operações básicas:Switch de quadro de dados - operação de armazenamento e
encaminhamento, onde um quadro chega pelos meios de entrada e é transmitido para meios de saída;
Manutenção das operações de switching - switches constroem e mantêm tabelas de switching e procuram loops. Roteadores constroem e mantêm as tabelas de roteamento e de serviço;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 176
Redes de Dados e Comunicações
• SwitchesComo bridges, switches conectam segmentos LAN, usam
tabela de endereços MAC a fim de determinar o segmento para onde datagrama precisa ser transmitido e reduzem tráfego;
Switches operam em velocidades muito mais altas que bridges e podem suportar novas funcionalidades, como LANs virtuais;
Switch Ethernet tem muitas vantagens, como permitir que vários usuários se comuniquem paralelamente através de circuitos virtuais e de segmentos de rede dedicados em um ambiente livre de colisões;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 177
Redes de Dados e Comunicações
• Switches Isso maximiza largura de banda disponível em um meio
compartilhado;
Outra vantagem é que mudar para um ambiente de LAN comutada é muito econômico porque cabeamento e hardware existentes podem ser usados mais de uma vez;
Administradores da rede têm grande flexibilidade em gerenciá-la através do poder do switch e do software para configurar a LAN.
Dispositivos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do SwitchSwitches LAN são considerados bridges multiportas sem
nenhum domínio de colisão, devido à microssegmentação;
Dados são trocados, em altas velocidades, comutando o pacote para o seu destino;
Lendo informações da camada 2 do endereço MAC destino, switches podem obter transferências de dados em alta velocidade, conforme faz uma bridge;
Pacote é enviado à porta da estação receptora antes que pacote todo entre no switch;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 179
Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do Switch Isso leva a níveis de latência baixos e à uma alta taxa de
velocidade de encaminhamento de pacotes;
Comutação da Ethernet aumenta a largura de banda disponível em uma rede;
Ela faz isso criando segmentos de rede dedicados, ou conexões ponto-a-ponto, e conectando esses segmentos a uma rede virtual no switch;
Esse circuito de rede virtual existirá apenas quando dois nós precisarem se comunicar;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 180
Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do Switch Isso é chamado de circuito virtual, porque existirá apenas
quando for necessário e será estabelecido no switch;
Mesmo que switch LAN reduza tamanho dos domínios de colisão, todos os hosts conectados ao switch ainda estarão no mesmo domínio de broadcast;
Logo, um broadcast de um nó ainda estará sendo visto por todos os outros nós conectados através do switch LAN;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 181
Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do SwitchSwitches são dispositivos da camada de enlace que, como
bridges, permitem que vários segmentos LAN físicos sejam interconectados em uma única rede maior;
Similares às bridges, switches encaminham e sobrecarregam tráfego com base nos endereços MAC, mas como switching é executado no hardware em vez do software, ele é bem mais rápido;
Dispositivos da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 182
Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do SwitchPode-se imaginar cada porta do switch como uma micro-
bridge ⇒ microssegmentação;Assim, cada porta de switch age como uma bridge separada
e oferece largura de banda total do meio para cada host.
Dispositivos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Operações da Camada 2 do Switch
Dispositivos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Serviços
• Detecção de Erros
• Protocolos Elementares
• Protocolos de Janela Deslizante
• Exemplo de Protocolo
• Subcamada de Acesso ao Meio (MAC)
Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
Protocolos da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Enquadramento e acesso ao enlace: encapsula datagrama num quadro incluindo cabeçalho e
cauda, implementa acesso ao canal se meio for compartilhado, ‘endereços físicos’ são usados em cabeçalhos de quadros
para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
• Entrega confiável: Pouco usada em fibra óptica, cabo coaxial e alguns tipos de
pares trançados devido a taxas de erro de bit muito baixas. Usada em enlaces de rádio, onde a meta é reduzir erros
evitando assim a retransmissão fim a fim.
Serviços da Camada de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
• Controle de Fluxo: compatibilizar taxas de produção e consumo de quadros
entre remetentes e receptores
• Detecção de Erros: erros são causados por atenuação do sinal e por ruído receptor detecta presença de erros receptor sinaliza ao remetente para retransmissão, ou
simplesmente descarta o quadro em erro
• Correção de Erros: mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o
erro sem precisar da retransmissão
Serviços da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 188
Redes de Dados e Comunicações
• Protocolo da camada de enlace é implementado totalmente no adaptador (placa de rede). Adaptador tipicamente inclui: RAM, circuitos de processamento digital de sinais, interface do barramento do computador e interface do enlace
• Operações de transmissão do adaptador: encapsula (coloca número de seqüência, informação de realimentação, etc.), inclui bits de detecção de erros, implementa acesso ao canal para meios compartilhados, coloca no enlace
Implementação de Protocolo da Camada de Enlace
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 189
Redes de Dados e Comunicações Implementação de Protocolo da Camada de Enlace
• Operações de recepção do adaptador: verificação e correção de erros, interrompe computador para enviar quadro para a camada superior, atualiza informação de estado a respeito de realimentação para o remetente, número de seqüência, etc.
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Redes de Dados e Comunicações
EDC= bits de Detecção e Correção de Erros (redundância)D = Dados protegidos por verificação de erros, podem incluir alguns campos do cabeçalho •detecção de erros não é 100% perfeita;• protocolo pode não identificar alguns erros, mas é raro• maior campo de EDC permite melhorar detecção e correção
Detecção de Erros
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 191
Redes de Dados e Comunicações
Paridade de 1 Bit:Detecta erros em um único bit
Paridade de Bit Bidimensional:Detecta e corrige em um único bit
Uso de Bits de Paridade
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Redes de Dados e Comunicações
• Checksum “Internet” Remetente considera dados como compostos de inteiros
de 16 bits; soma todos os campos de 16 bits (usando aritmética de complemento de um) e acrescenta a soma ao quadro; o receptor repete a mesma operação e compara o resultado com o checksum enviado com o quadro.
Métodos de “Checksum”
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Redes de Dados e Comunicações
• Códigos de Redundância Cíclica (Cyclic Redundancy Codes): Dados considerados como a seqüência de coeficientes de
um polinômio (D)É escolhido um polinômio Gerador, (G), (=> r+1 bits)Divide-se (módulo 2) o polinômio D*2r por G.
Acrescenta-se o resto (R) a D. Observa-se que, por construção, a nova seqüência <D,R> agora é exatamente divisível por G
Métodos de “Checksum”
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Redes de Dados e Comunicações
• Remetente realiza em tempo real por hardware a divisão da seqüência D pelo polinômio G e acrescenta o resto R a D
• O receptor divide <D,R> por G; se o resto for diferente de zero, a transmissão teve erro
• Padrões internacionais de polinômios G de graus 8, 12, 15 e 32 já foram definidos
• A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
• ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 • HDLC utiliza um CRC de 16 bits
Implementação de CRC
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Redes de Dados e Comunicações
• Protocolo Simplex sem restrições• Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)• Protocolo Simplex para um canal com ruído
Protocolos Elementares
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Redes de Dados e Comunicações
• Transmissão num único sentido• O nível de rede está sempre pronto para transmitir e
receber
• O tempo de processamento é ignorado• Buffers infinitos• Canal de comunicação perfeito
Protocolo Simplex sem restrições
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 197
Redes de Dados e Comunicações
Transmissor ReceptorEnlace
Protocolo Simplex sem restrições
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 198
Redes de Dados e Comunicações
• Os buffers não são infinitos• O tempo de processamento não é ignorado• O transmissor não envia outra mensagem até que a
anterior tenha sido aceita como correta pelo receptor
• Embora o tráfego de dados seja simplex, há fluxo de
quadros em ambos os sentidos
Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 199
Redes de Dados e Comunicações
Transmissor ReceptorEnlace
Protocolo Simplex Pare-e-Espere
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Redes de Dados e Comunicações
Transmissor ReceptorEnlace
X(erro)
Detectado erro.Quadro ignorado
Liga timer
Estoura timer
Desliga timer
Religa timer
Protocolo Simplex para um Canal com Ruído
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 201
Redes de Dados e Comunicações
Transmissor ReceptorEnlace
Liga timer
Estoura timer
X(erro)
DUPLICATA!Desliga timer
Religa timer
SOLUÇÃO: Números deSeqüência
Protocolo Simplex para um Canal com Ruído
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 202
Redes de Dados e Comunicações
• Os quadros são numerados seqüencialmente• O tx transmite um quadro• O rx envia uma quadro de reconhecimento se o
quadro for recebido corretamente, caso contrário, há um descarte e é aguardada uma retransmissão
• Quadros não reconhecidos são retransmitidos
(temporização)
Protocolo Simplex para um Canal com Ruído
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 203
Redes de Dados e Comunicações
• Transmissão de dados em ambos sentidos• Utilizam a técnica de carona (piggybacking)• Possui janelas para transmissão e recepção
Janela de transmissãonúmeros de seqüência habilitados para transmissão
Janela de recepçãonúmeros de seqüência habilitados para recepção
• Os quadros são mantidos na memória para possível retransmissão
Protocolos de Janela Deslizante
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 204
Redes de Dados e Comunicações
Inicialmente Após a tx do1o. quadro
Após a rx do1o. quadro
Após a rx do1o. Reconhe-
cimento
Janela Deslizante de Tamanho 1
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Redes de Dados e Comunicações
• A janela de tamanho 1 compromete a eficiência para longo tempo de trânsito (ida e volta)alta largura de bandacomprimento de quadro curto
Protocolos com Pipelining
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 206
Redes de Dados e Comunicações
• Solução:Deixar o transmissor transmitir até w quadros (sem receber
o reconhecimento do primeiro) antes de ser bloqueado.
Devemos escolher w de modo que o transmissor possa transmitir quadros por um tempo igual ao de trânsito, antes de encher a janela
Protocolos com Pipelining
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 207
Redes de Dados e Comunicações
• O que fazer se um quadro no meio da janela for danificado ou perdido?
• Abordagens:Volte a n (Go Back n)Retransmissão Seletiva (Selective Reject)
Protocolos com Pipelining
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 208
Redes de Dados e Comunicações
• Volte a nO receptor descarta os quadros seguintes ao erradoO transmissor identifica que houve erro, com estouro da
temporização sem que tenha recebido um reconhecimento
Ineficiente se a taxa de erros for alta
Janela de recepção 1
Protocolos com Pipelining
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Redes de Dados e Comunicações
• Retransmissão seletivaO nó armazena os quadros corretos que chegarem após o
com erro. O transmissor retransmite apenas o com erro.Ao receber o quadro que faltava, o nó entrega os diversos
quadros já recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
Necessita de maior quantidade de memória no nó
Janela de recepção maior que 1
Protocolos com Pipelining
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Redes de Dados e Comunicações
Alternativa: quadro correto fora da seqüência dispara atransmissão de um quadro de NAK antecipando o inícioda retransmissão dos quadros.
Protocolo Volte a n
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Redes de Dados e Comunicações
Protocolo com Retransmissão Seletiva
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Redes de Dados e Comunicações
• HDLC (High-level Data link Control)É uma evolução do protocolo SDLC (Synchronous Data
Link Control) desenvolvido pela IBM Padronizado pela ISOO ITU-T modificou o HDLC para o seu LAPB (Link
Access Procedure Balanced) utilizado no X.25
Exemplo de Protocolo de Enlace
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Redes de Dados e Comunicações
Flags
Endereço: usado paraidentificar terminais emcanais multiponto ou para distinguir comandosde respostas.
Controle: inclui nos. de seqüência,reconhecimentos, etc.
Dados: de comprimentovariável.
CRC-CCITT
Formato do Quadro para Protocolos Orientados a Bits
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Redes de Dados e Comunicações
Quadro de Informação:
Quadro de Supervisão:
Quadro Não Numerado:
Campo de Controle
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Redes de Dados e Comunicações
• Controle de acesso a um meio físico compartilhado entre múltiplas estações
Subcamada de Acesso ao Meio
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Ethernet é a tecnologia de rede local (LAN) mais
amplamente usada;
Ethernet foi projetada para ocupar espaço entre redes de longa distância, com baixa velocidade e redes especializadas de sala de computação que transportam dados em alta velocidade por distâncias muito limitadas;
Ethernet é adequada a aplicativos em que um meio de comunicação local deva transportar tráfego esporádico, ocasionalmente intenso, a altas taxas de dados;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Arquitetura Ethernet originou-se nos anos 60, na
Universidade do Havaí, onde método de acesso usado pela Ethernet (CSMA/CD) foi desenvolvido;
Palo Alto Research Center (PARC) , da Xerox Corporation, desenvolveu o primeiro sistema Ethernet experimental no início dos anos 70;
Isso foi usado como base para a especificação 802.3 do Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), lançada em 1980;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Após especificação 802.3 de 1980 da IEEE, Digital
Equipment Corporation, Intel e Xerox desenvolveram juntas especificação Ethernet, versão 2.0, substancialmente compatível com IEEE 802.3;
Juntas, Ethernet e IEEE 802.3 detêm atualmente a maior fatia de mercado de todos os protocolos LAN;
Termo Ethernet é freqüentemente usado para se referir a todas as LANs baseadas em CSMA/CD que normalmente estão de acordo com especificações Ethernet, incluindo especificação IEEE 802.3;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Ethernet e IEEE 802.3 especificam tecnologias similares:
ambas são LANs baseadas em CSMA/CD;Estações em uma LAN CSMA/CD podem acessar a rede a
qualquer momento:Antes de enviar dados, estações CSMA/CD escutam a rede para
determinar se ela já está em uso;Se estiver, elas aguardam, senão estações transmitem;Colisão: duas estações escutam a rede, não ouvem nada e transmitem
ao mesmo tempo ⇒ duas transmissões são prejudicadas e estações devem retransmitir mais tarde;
Algoritmos de recuo determinam quando estações que colidiram podem retransmitir. Estações CSMA/CD podem detectar colisões, assim, elas sabem quando devem retransmitir;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Ambas as LANs Ethernet e IEEE 802.3 são redes de
broadcast;
Isso significa que todas as estações podem ver todos os quadros, independentemente de serem ou não o destino daqueles dados;
Cada estação deve examinar os quadros recebidos para determinar se ela é o destino;
Se for, o quadro é passado a um protocolo de camada mais alto dentro da estação para processamento apropriado;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3Diferenças entre LANs Ethernet e IEEE 802.3 são sutis;
Ethernet fornece serviços correspondentes às camadas 1 e 2 do modelo de referência OSI;
IEEE 802.3 especifica camada 1 (física), e parte de acesso a canais da camada 2 (enlace), mas não define protocolo de controle de enlace lógico;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3LANs Ethernet e IEEE 802.3 são implementadas através de
hardware;
Normalmente, parte física desses protocolos é uma placa de interface em um computador host ou um conjunto de circuitos em uma placa de circuitos principal no computador host.
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Comparando Ethernet e IEEE802.3
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Árvore da Família EthernetExistem pelo menos 18 variedades de Ethernet
especificadas ou em processo de especificação;
Ethernet e IEEE802.3
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 225
Redes de Dados e Comunicações
• Árvore da Família Ethernet
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Árvore da Família Ethernet
BarramentoEstrela100 m1000M bpsUTP Cat. 51000Base-T
BarramentoEstrela2000 m100M bpsFibra Multi100Base-FX
BarramentoEstrela100 m100M bpsUTP Cat. 5100Base-TX
BarramentoEstrela2000 m10M bpsFibra Multi10Base-FL
BarramentoEstrela Estendida100 m10M bpsUTP
Cat. 510Base-T
BarramentoBarramento500 m10M bpsCoaxial Grosso10Base-5
Topologia Lógica
Topologia Física
Comprimento Máximo do Segmento
Velocidade MáximaMídiaTipo
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Formato de Quadro da EthernetCampos de quadros Ethernet e IEEE 802.3:
Preâmbulo• padrão alternado de 1s e 0s informa às estações receptoras se
um quadro é Ethernet ou IEEE 802.3;
• quadro Ethernet inclui um byte adicional, que é o equivalente ao campo Start of Frame (SOF) especificado no quadro IEEE 802.3.
Início do quadro (SOF, start-of-frame)• byte delimitador IEEE 802.3 termina com dois bits 1
consecutivos, que servem para sincronizar as partes de recepção de quadro de todas as estações na LAN;
• SOF é explicitamente especificado na Ethernet.
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Formato de Quadro da EthernetEndereços de origem e de destino
3 primeiros bytes dos endereços são especificados pelo IEEE, dependendo do fabricante;
3 últimos bytes são especificados pelo fabricante da Ethernet ou IEEE 802.3;
endereço de origem é sempre um endereço unicast (nó único);
endereço de destino pode ser unicast, multicast (grupo), ou broadcast (todos os nós).
Tipo (Ethernet) - especifica protocolo da camada superior para receber dados depois que processamento da Ethernet estiver concluído;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Formato de Quadro da EthernetCampos de quadros Ethernet e IEEE 802.3 estão descritos
nos resumos a seguir: Tamanho (IEEE 802.3) - indica número de bytes de
dados que vêm depois desse campo;
Dados (Ethernet)• depois que processamento da camada física e de enlace estiver
concluído, dados contidos no quadro serão enviados a um protocolo da camada superior, identificado no campo de tipos;
• embora Ethernet versão 2 não especifique qualquer enchimento, ao contrário da IEEE 802.3, ela espera receber, pelo menos, 46 bytes de dados.
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Formato de Quadro da EthernetDados (IEEE 802.3)
depois que processamento das camadas física e de enlace estiver concluído, dados serão enviados a um protocolo da camada superior, devendo estar definido na parte de dados do quadro;
se dados no quadro forem insuficientes para preencher quadro de tamanho mínimo de 64 bytes, bytes de enchimento serão inseridos
para garantir um quadro de, pelo menos, 64 bytes.
Frame check sequence (FCS)seqüência contém verificador de redundância cíclica de 4 bytes
(CRC), criado pelo dispositivo emissor e recalculado pelo
dispositivo de recepção para verificar se há quadros danificados.
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Formato de Quadro da Ethernet
Quadro IEEE 802.3
Quadro Ethernet
Delimitador de InícioPreâmbulo Tipo
Endereço Destino
Endereço Origem Dados
Verificação de Quadro
1 1 6 6 2 46-1500 4
Delimitador de InícioPreâmbulo Tamanho
Endereço Destino
Endereço Origem Dados
Verificação de Quadro
1 1 6 6 2 46-1500 4
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetEthernet é uma tecnologia de broadcast de meios
compartilhados;
Método de acesso CSMA/CD usado na Ethernet executa três funções:
Transmitir e receber pacotes de dados;
Decodificar pacotes de dados e verificar se endereços são válidos, antes de passá-los às camadas superiores do modelo OSI;
Detectar erros dentro dos pacotes de dados ou na rede.
Ethernet e IEEE802.3
UNIP/2010 Prof. Érico José Ferreira 233
Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetNo CSMA/CD, dispositivos de rede com dados para
transmissão pelos meios da rede funcionam em um modo "escutar antes de transmitir”;
Isso significa que, quando um dispositivo desejar enviar dados, ele deverá, primeiramente, verificar se os meios da rede estão ocupados;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetDispositivo deverá verificar se existem sinais nos meios da
rede:ele começará a transmitir dados depois de determinar se os
meios de rede não estão ocupados;
enquanto estiver transmitindo dados na forma de sinais, dispositivo também estará escutando;
ele faz isso para garantir que nenhuma outra estação esteja transmitindo dados para os meios de rede ao mesmo tempo;
quando terminar de transmitir os dados, dispositivo retornará ao modo de escuta.
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetDispositivos de rede poderão informar quando colisão
ocorrer porque a amplitude do sinal nos meios da rede aumentará;
Quando colisão ocorrer, cada dispositivo que estiver transmitindo continuará a transmitir dados por um pequeno espaço de tempo;
Isso acontece para garantir que todos os dispositivos vejam a colisão;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetQuando todos os dispositivos na rede tiverem visto que
uma colisão aconteceu, cada um chamará um algoritmo;
Todos os dispositivos na rede recuam por um certo período de tempo (diferente para cada dispositivo);
Em seguida, qualquer dispositivo poderá tentar acessar meios da rede novamente;
Quando transmissão de dados for retomada na rede, dispositivos envolvidos na colisão não terão prioridade para transmitir dados;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetEthernet é um meio de transmissão de broadcast;
Isso significa que todos os dispositivos de uma rede podem ver todos os dados que passam pelos meios da rede;
Entretanto, nem todos os dispositivos da rede processarão os dados;
Apenas dispositivos cujos endereços MAC e IP coincidam com endereços MAC e IP de destino, carregados pelos dados, copiarão os dados;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetDepois que um dispositivo tiver verificado endereços MAC
e IP de destino carregados pelos dados, ele verificará se pacote de dados tem erros;
Se dispositivo detectar erros, pacote de dados será descartado;
Dispositivo de destino não notifica dispositivo de origem, quer tenha o pacote chegado ou não com êxito;
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• MAC EthernetEthernet é uma arquitetura de rede sem conexões, sendo
conhecida como um sistema de entrega de melhor esforço (best effort).
Ethernet e IEEE802.3
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Redes de Dados e Comunicações
• Sinalização EthernetCodificação de sinais é uma forma de combinar as
informações de dados e de relógio em um fluxo de sinais através de um meio;
Regras da codificação Manchester definem o 0 como um sinal alto para a primeira metade do período e baixo para a segunda metade;
Regras definem o 1 como um sinal baixo para a primeira metade do período e alto para a segunda metade;
Ethernet e IEEE802.3
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• Sinalização EthernetTransceivers 10Base-T são projetados para enviar e receber
sinais por um segmento, que consiste em 4 fios (1 par de fios para transmitir dados e 1 par para recebê-los);
Obs.: Codificação Manchester: 0 sendo codificado como transição de alta para baixa e 1 como transição de baixa para alta;
Em decorrência de 0s e 1s resultarem em transição para o sinal, relógio pode ser eficazmente recuperado no receptor;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TEm uma LAN, onde topologia em estrela é usada, meios de
rede são lançados a partir de um hub central para todos os dispositivos conectados à rede;
Disposição física da topologia em estrela se parece com os raios do eixo de uma roda;
Um ponto central de controle é usado na topologia em estrela;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TQuando topologia em estrela for usada, comunicação
entre dispositivos conectados à rede local é feita por cabeamento ponto-a-ponto até o link ou até hub central;
Todo tráfego da rede, em uma topologia em estrela, passa pelo hub;
Hub recebe quadros em uma porta, depois copia e transmite (repete) o quadro à todas as outras portas;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-THub pode ser passivo ou ativo:
Hub ativo conecta os meios de rede e também gera novamente o sinal;
Na Ethernet, onde hubs agem como repetidores multiportas, às vezes eles são chamados de concentradores;
Gerando novamente o sinal, hubs ativos permitem que dados trafeguem por distâncias maiores;
Hub passivo é um dispositivo usado para conectar os meios de rede, não gerando novamente um sinal.
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TVantagem da topologia em estrela: ser considerada a mais
fácil de projetar e instalar;
Isso porque meios de rede são executados diretamente do hub central à cada área de estação de trabalho;
Outra vantagem: facilidade de manutenção, já que única área de concentração localiza-se no hub;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TNa topologia em estrela, é fácil modificar disposição usada
para os meios de rede e solucionar problemas relacionados;
Estações de trabalho podem ser facilmente adicionadas à uma rede que empregue topologia em estrela;
Se segmento do meio de rede estiver partido ou em curto, apenas dispositivo conectado a esse ponto estará inativo, resto da LAN continuará funcionando;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TEm resumo, topologia em estrela representa maior
segurança;
De certa forma, vantagens de uma topologia em estrela também podem ser consideradas desvantagens;
Por ex., limitar um dispositivo por segmento de meios de rede pode facilitar diagnóstico dos problemas, mas aumenta quantidade de meios de rede exigidos e custos de instalação;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-THub pode tornar manutenção mais fácil, mas representa um
ponto único de falha (se hub falhar, a conexão da rede de todos será perdida);
TIA/EIA-568-A especifica que disposição física, ou topologia, usada para cabeamento horizontal, deve ser uma topologia em estrela;
Isso significa que terminação mecânica de cada tomada/conector de telecomunicações está localizada no patch panel, no wiring closet;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TCada tomada é ligada independentemente e diretamente ao
patch panel;
Especificação TIA/EIA-568-A para comprimento máximo do cabeamento horizontal para cabo de par trançado não blindado é 90 m;
Comprimento máximo para patch cable no conector/tomada de telecomunicações é 3 m e para patch cable/jumpers na conexão horizontal é 6 m;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TDistância máxima para segmento de cabeamento
horizontal, ligando hub a todas as estações de trabalho, é 100 m (99 m, geralmente arredondada para 100 m.);
Esse número inclui 90 metros do cabeamento horizontal, três metros dos patch cables e 6 metros dos jumpers na conexão horizontal;
Cabeamento horizontal é executado em topologia em estrela, a partir do hub, como raios de uma roda;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-T Isso significa que uma LAN que use esse tipo de topologia
poderá abranger a área de um círculo com um raio de 100 m;
Haverá vezes em que área a ser coberta por uma rede excederá comprimento máximo especificado pela TIA/EIA-568-A que uma topologia em estrela simples consiga acomodar;
Por ex., imagine um prédio onde as dimensões são 250 m x 250 m;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TTopologia em estrela simples que atendesse ao padrão de
cabeamento horizontal especificado pela TIA/EIA-568-A não conseguiria uma cobertura completa para esse prédio;
Instaladores ficam então tentados a resolver problema da cobertura inadequada dessa topologia, aumentando comprimento dos meios de rede além do máximo especificado pela TIA/EIA-568-A;
Quando sinais saem da estação de transmissão, são claros e facilmente reconhecíveis;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TEntretanto, quanto maior o comprimento do cabo, mais
fracos e deteriorados os sinais se tornam, à medida que passam pelos meios da rede;
Se um sinal trafegar além da distância máxima especificada, não haverá garantia de que, quando atingir uma placa de rede, ela conseguirá lê-lo;
Se uma topologia em estrela não puder fornecer cobertura suficiente para uma área em uma rede, usar dispositivos de internetworking que não causem atenuação de sinal poderá estendê-la;
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• Meios e Topologias Ethernet 10Base-TTopologia resultante é designada como uma topologia em
estrela estendida;
Usando repetidores, distância de operação da rede será estendida;
Repetidores captam sinais enfraquecidos, os amplificam e retemporizam, enviando-os de volta à rede.
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Wireless LAN (WLAN)
• Benefícios– Mobilidade
– Áreas Difíceis de cabear– Redes Temporárias– Patrimônios Históricos
– Casa da Sogra (meu caso)
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Wireless LAN (WLAN)
• Problemas Potenciais– Propagação Multipath (variável no tempo, no atraso, na
atenuação)– Perdas de Potência (varia com o quadrado da distância)– Interferência de sinais de rádio– Duração das baterias– Interoperabilidade dos sistemas– Segurança– Problemas de conectividade das aplicações– Planejamento de instalações– Riscos de saúde (???)
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Wireless LAN (WLAN)
• Faixa de frequência ISM (Industry, Cientific, Medical)– 902 - 928 Mhz– 2,4 - 2,4835 GHz– 5,725 - 5,850 GHz
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Usuários WLANs
• End-user appliances– Interface entre usuário e a rede wireless
• Classes– Estações de trabalho desktop– Computadores laptop– Computadores palmtop– PCs de mão– Computadores pen-based– PDAs (personal digital assistants)– Scanners de mão e coletores de dados– Impressoras portáteis
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Wireless LAN (WLAN)
• Características Gerais– Sistema de comunicações estabelecido através do uso de
rádio freqüência, que pode funcionar ou como extensão de uma LAN existente, ou como uma alternativa para uma LAN cabeada
• Tecnologias– Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)– Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)– Infravermelho– Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
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Wireless LAN (WLAN)
• Topologias– Rede de Infraestrutura
– Peer-to-Peer
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Wireless LAN - Aplicações
• Acesso Nômade• Interconexão de Prédios• Extensão de LAN(pontes)
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Wireless LAN - Aplicações
• Extensão de LANs– Grandes áreas de espaços abertos (fábricas, armazéns, garagens, etc)– Prédios históricos– Pequenos escritórios (custo cabeação)– Instalações temporárias (show-room, eventos, etc)
• Interconexão entre prédios– Rapidez (emergências)– Flexibilidade
• Acesso Nômade– Mobile computing (laptos, palmtops, etc)– Redes improvisadas em aeroportos, shoppings, hospitais, hotéis, etc
(redes ad-hoc)
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Wireless LAN - Padronização IEEE 802.11
• Diferenças relativas às redes cabeadas– Gerência de energia
• Vida útil das baterias
– Banda Passante• Limitada
– Segurança• Privacidade - nível físico vulnerável
– Endereçamento• Mobilidade - reconhecimento de nível 2
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Wireless LAN - IEEE 802.11
• Camada Física– FHSS - 1 Mbps e 2 Mbps (opcional)– DSSS - 1 Mbps e 2 Mbps
• IEEE 802.11b (adaptativo)– 1, 2, 5.5 e 11 Mbps
• High-rate DSSS com Complementary Code Key (CCK)
• IEEE 802.11a (adaptativo)– 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps em 5 GHz
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)– 12 canais de 20 MHz
• IEEE 802.11g– Até 54 Mbps com OFDM em 2,4 GHz
• 3 canais de 30 MHz
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Wireless LAN - Características Básicas
• Seleção de Freqüência– Necessidade de se oferecer um padrão que pudesse
ser usado globalmente 2,4 GHz (ISM)
– Banda passante 83 MHz
• Máxima Potência Transmitida– América do Norte : 1W
– Europa : 100 mW– Japão : 10 mW/MHz
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Wireless LAN
• Elementos Básicos– BSA - Basic Service Area– BSS - Basic Service Set
– ESA - Extended Service Area
– ESS - Extended Service Set
• Identificação da rede– NID = ESS-ID + BSS-ID
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Wireless LAN (WLAN)
• Arquitetura IEEE 802.11
Medium Dependent Layer
Convergent Layer
Medium Independent Layer
MAC ManagementMAC
802.2 LLC
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Wireless LAN - Serviços IEEE 802.11
• Serviços na estação– Autenticação– Desautenticação– Privacidade– MSDU (MAC Service Data Unit) delivery
• Serviços no Sistema de Distribuição– Associação– Desassociação– Distribuição– Integração– Reassociação