Disciplina de Redes e Comunicação de dados




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Uma rede pode ser composta por vários sistemas operaciona...
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Histórico

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 Unidade 3


 Unidade 3
 Redes de comutação de circuitos e de
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              Seção 2 – Chaveamento ou comutação

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Figura 45 - Dados inseridos em pacotes




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A comutação de pacotes permite que mais usuários utilizem a rede, devido as
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Conforme os dados trafegam nos diferentes tipos de enlaces, a tecnologia de ca...
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  1. 1. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Comunicação de Dados e Redes de Computadores Fernando Cerutti Florianópolis, outubro de 200 – Versão 1.1 1
  2. 2. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Palavras do professor Palavras do professor Bem-vindo a disciplina de redes e comunicação de dados. Você, como aluno do curso de Gestão de TI, está convidado a iniciar uma viagem através de um mundo invisível, imaginário, mas super importante nos dias atuais. Essa viagem é recheada de novidades intrigantes: O que acontece no percurso da informação desde o seu computador, no momento que você requisita uma página Web através de um clique do mouse (ou envia um e-mail), até o computador de destino, responsável pelo recebimento dessa requisição? O trajeto através desse universo será percorrido por nós e nosso agente de entregas “Proto- Boy”, um sujeito muito esperto, pragmático, que enfrenta os mais variados problemas no intuito de fazer chegar ao destino o centro do negócio na gestão da tecnologia: A Informação. Você sairá da sua confortável sala climatizada para percorrer as tubulações e as portas de entrada e saída das tecnologias nas mais variadas constituições: Cabos de par trançado, fibras ópticas, Servidores e clientes de rede, placas ethernet, comutadores, pontes, modems, roteadores, filtros de pacotes. Você verá que cada tecnologia apresenta suas vantagens e seus problemas, e podemos escolher as tecnologias para transportar nossa informação de forma semelhante a que escolhemos a nossa empresa aérea, o ônibus, o condutor e a estrada pela qual iremos trafegar. Durante nosso estudo, podemos imaginar que a informação, nossa estrela principal, foi encomendada por um cliente distante, como uma pizza pode ser encomendada pelo telefone. A pizza vai deixar o 3º. andar do prédio da pizzaria Net-pizza, e em cada andar receberá ingredientes e preparos até chegar nas mãos do Proto-Boy, nosso eficiente entregador. Essa divisão em andares e funções é necessária para o entendimento desse universo amplo, onde as peças separadas podem ser compreendidas mais facilmente. O que acontece com a encomenda e o nosso herói digital você ficará sabendo ao longo da disciplina, um conteúdo fundamental na sua jornada rumo a Gestão da tecnologia da informação. Aperte o cinto, a viagem vai começar e a nossa rede é rápida. 2
  3. 3. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Unidade 1 Introdução a Comunicação de Dados e Redes de Computadores Objetivos de aprendizagem Esta unidade tem como propósito trazer um conhecimento básico na área de comunicação de dados, fundamental para que você compreenda o restante do conteúdo. Ao final da unidade você estará apto a: • Identificar os principais órgãos envolvidos na padronização das redes • Conceituar rede e comunicação de dados e protocolos • Identificar os componentes de uma rede de computadores. Plano de estudo A seguir estão descritas as seções desta unidade. Para manter a “jornada” bem organizada e registrada, ao final de cada “estação”, assinale o quadro marcando os “trajetos” já percorridos. Seção 1 – A Comunicação de dados Seção 2 – O que é uma rede de computadores? Seção 3 – Histórico das redes Seção 4 – Os componentes de uma rede Seção 5 - Os protocolos Para início de estudo Estudar redes e comunicação de dados pode ser algo muito chato, pois a quantidade de informação disponível é imensa (e as siglas, um terror, são milhares). Quase todos têm uma opinião a respeito dos problemas. “A Internet está fora, deve ser uma falha no provedor...”. Esta situação é comum nas empresas, e um dos nossos objetivos nessa disciplina é tentar entender um pouco mais a respeito das tecnologias, os mecanismos que funcionam (ou tentam funcionar) para que tenhamos uma rede operacional. Nessa unidade, você verá os conceitos mais fundamentais a respeito das redes, e conhecerá os organismos responsáveis pela manutenção das regras do jogo na área da comunicação entre os computadores. Não são poucas as regras, nem o jogo é tão simples, mas com paciência e a ajuda do nosso Proto-boy, chegaremos ao nosso destino. O cenário inicial do percurso entre a origem do pedido de uma pizza (casa do cliente) e a entrega dessa requisição vai necessariamente envolver os fundamentos estudados nesta unidade. Premissas para o funcionamento da pizzaria: 3
  4. 4. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Imagine que a nossa Pizzaria possui 3 andares, cada qual com dois departamentos bem distintos: um departamento é o responsável por receber (qualquer coisa que chegue ao andar), e outro responsável por emitir (qualquer coisa que saia do andar). Os andares estão bem organizados, e possuem contato uns com os outros somente através de aberturas no assoalho e no teto. Essas aberturas são denominadas Pontos de acesso ao Serviço. È pelo PAS que o pessoal de um andar se comunica com os caras acima e abaixo deles. Não é possivel ao pessoal do 3º. Andar se comunicar com o primeiro, somente com o segundo. Descrição da pizzaria NET-Pizza Figura -1 - Estrutura da Net-Pizza - as camadas No 1º. andar (térreo) funciona a expedição das mercadorias. Tanto as que chegam quanto as que saem, são roteadas (encaminhadas) pelo pessoal do térreo. O térreo é uma supergaragem, com saídas para várias ruas, o que melhora muito o fluxo no momento da expedição das encomendas, bem como das mercadorias que estão chegando. No 2º. andar funciona o departamento de controle de qualidade. Esses caras verificam tudo que está chegando ou saindo da pizzaria, a velocidade, os estoques, a procedencia, tudo. No ultimo andar estão os caras da produção. Eles recebem os engredientes, montam e assam a pizza. O departamento de saída corta e encaminha para o andar de baixo. Na saída, pelo térreo, o Proto-boy entra em ação. Dentro do furgão, de locomotivas, ou qualquer outro meio de transporte, ele recebe as mercadorias e as notas fiscais e sai pelas ruas procurando os destinatáros famintos das fumegantes pizzas (bom, pelo menos no inicio do percurso elas estão fumegantes). 4
  5. 5. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Figura --2 - Furgao do proto-boy - Frame de camada 2 Seção 1 – A Comunicação de dados A comunicação de dados trata da transmissão de sinais através de um meio físico, de uma forma confiável e eficiente. Os tópicos mais importantes são a transmissão de sinais, os meios de transmissão, codificação dos sinais, multiplexação. Os meios físicos são as ruas por onde trafega nosso proto-boy. Perceba que na nossa analogia com a pizzaria, os meios físicos podem variar como as estradas e ruas: as fibras ópticas podem ser representadas pelas grandes rodovias, com muitas pistas. Os meios mais limitados (fios de cobre) podem ser representados pelas ruas estreitas. Porque um sistema de comunicação de dados? As pessoas precisam de um sistema de comunicação por dois motivos básicos: Aumentar o poder computacional Na maioria dos casos, aumentar o tamanho do computador disponível não é possível, ou mesmo não resolveria o problema de capacidade computacional. Compartilhar recursos Todos precisam trocar informações, arquivos, bancos de dados estando em locais geograficamente dispersos. Objetivo da comunicação: O principal objetivo de um sistema de comunicação é trocar informação (dados) entre dois sistemas remotos. Podemos entender como remotos dois sistemas computacionais que não possuem compartilhamento de memória RAM. (Randomic Access Memory). Os sistemas com mais de uma CPU e a mesma memória RAM não precisam enviar informações um ao outro, uma vez que todas as CPUs tem acesso aos mesmos endereços da memória. Componentes de um sistema de comunicação Um sistema de comunicação de dados deve ter os seguintes componentes básicos: 5
  6. 6. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Figura 3 - Modelo de comunicação Fonte:Stallings, Data and computer communications, 7ª ed, Pearson Education. (2004) • Fonte — Gera os dados que serão transmitidos (ex, computador) • Transmissor — Converte os dados em sinais possiveis de se transmitir (ex.: placa de rede ou modem) • Sistema de transmissão — Transporta os dados (ex.: Sistema telefonico) • Receptor — Converte os sinais recebidos em dados (ex.: modem ou placa de rede) • Destino — Recebe os dados convertidos Todos esses componentes possuem complexidades adicionais. Por exemplo, os sistemas de transmissão podem ser divididos em outros componentes: • Sinal (analógico/digital), • meio físico (fio de cobre, fibra óptica, ar), 6
  7. 7. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 • protocolos (PPP, ADSL) • e dispositivos de rede (comutadores, roteadores) Seção 2 – O que é uma rede de computadores? A todo instante você se depara com algum computador ou terminal de rede. Nos caixas automáticos dos bancos, nos terminais das lojas, na sua casa, nos órgãos públicos, nas academias, nos clubes, bares... Parece que as redes de computadores estão em todas as partes. Isso é verdade, talvez a Internet venha a ser a 3ª.maior rede do mundo, em termos de capilaridade, perdendo apenas para as redes elétrica e de telefonia. Apesar de menor, a Internet cresce mais rapidamente. Bola Fora: O presidente da Digital, em 1977 (nessa época a Digital era a 2ª. maior fabricante de computadores do planeta, ficando atrás apenas da IBM), decretou: “Não existe nenhum motivo para que um indivíduo possua um computador em sua casa.” Agora que você já conhece a idéia fundamental por trás da comunicação de dados, fica mais fácil definir rede de computadores: Uma rede é um conjunto de dispositivos computacionais conectados através de uma estrutura de comunicação de dados, com a finalidade de compartilhar recursos. Depois disso, podem restar algumas perguntas: Que dispositivos? Tais dispositivos incluem interfaces de redes, servidores, estações de trabalho, impressoras (além dos dispositivos de comunicação como hubs, transceivers, repetidores, comutadores, pontes e roteadores). Você conhecerá um pouco mais disso tudo na seção 4, e mais tarde, com mais detalhes, na unidade 5. O que é dispositivo conectado? Dois dispositivos computacionais são ditos conectados quando podem trocar algum tipo de informação entre eles, utilizando para isso um protocolo. Um protocolo de rede faz parte da estrutura de comunicação de dados, e pode ser visto como uma norma de comunicação, que deve ser utilizada pelos participantes, como as regras gramaticais de um idioma (você verá mais sobre os protocolos na seção 5). Quais recursos? Uma rede trata basicamente da tecnologia e da arquitetura utilizada para conectar os dispositivos de comunicação. Os recursos que desejamos compartilhar são vários. Talvez os mais comuns sejam: Mensagens, arquivos, disco rígidos, impressoras, fax. Podemos desejar interatividade nessa comunicação, como nas salas de bate-papo, telefonia e videoconferência. 7
  8. 8. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Diversidade Uma rede pode ser composta por vários sistemas operacionais, e por dispositivos de diferentes fabricantes. Pode ter vários tamanhos e abrangências, bem como formatos físicos direntes. (Veja mais adiante, na Unidade 4, uma classificação mais completa). Internet Outro conceito importante é a Internet. A Internet não é considerada por muitos autores como uma rede, mas uma conexão entre redes diversas. Tais autores consideram que uma rede deve possuir uma tecnologia única, o que evientemente exclui a Internet, uma verdadeira panacéia de tipos de redes. Dispositivos Rede Protocolos Enlaces Figura 4 - Componentes de uma rede Modelos de comunicação: Cliente / servidor Nesse tipo de comunicação, uma máquina solicita um serviço (cliente, como um browser) e a máquina que presta o serviço (um web server, por exemplo) envia uma resposta, que pode ser uma página html. Figura -5 - cliente/servidor (tanembaum, 4ª. ed – 2004) 8
  9. 9. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Peer-to-peer Nesse modelo, não existe cliente ou servidor. Qualquer máquina pode ser cliente e simultaneamente servir às requisições de outras máquinas. Nesse modelo se encontram os principais grupos de compartilhamento de arquivos, como o Kazaa, e-mule, edonkey, imash. Figura -6 -Modelo de comunicação peer-to-peer (P2P). 9
  10. 10. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Seção 3 – Padrões e Histórico das redes Histórico Durante o século 20, a tecnologia chave foi Informação. Geração, processamento e distribuição da Informação foram cruciais para a humanidade. Entre os anos de 1900 e 2000 desemvolveram-se os sistemas telefônicos, foram inventados o rádio e a TV, os computadores e os satélites de comunicação. Como conseqüência, essas áreas convergiram e as diferenças entre a coleta, transporte, armazenamento e processamento das informações foram rapidamente desaparecendo. Do you Know? A primeira conexão entre dois computadores foi realizada em 1940. George Stibitz utilizou as linhas de telégrafo para enviar arquivos entre Dartmouth College (New Hampshire, USA, para os laboratórios Bell, em New York. Mas a história das redes de dados e da Internet se confundem com o Deparamento de Defesa dos EUA (DoD), através da ARPA - Advanced Research Projects Agency (www.arpa.mil ), em conjunto com o MIT - Massachusetts Institute of Technology (http://www.mit.edu ). Esses dois organismos mantiveram os principais pesquisadores na área das ciências computacionais no início da década de 60. A rede ARPANET não parou de crescer ( . (a) December 1969. (b) July 1970. (c) March 1971. (d) April 1972. (e) September 1972. 10
  11. 11. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Figura 7 -Crescimento da ARPANet – (Tanembaum, 2004 – 4ª ed.) O site do Internet Software Consortium mantém um levantamento anual do número de hosts na Internet (Figura 8) Figura 8 - Crescimento do número de hosts 11
  12. 12. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 Muitas pessoas participaram dos projetos iniciais da Internet. Quase todos os maiores pioneiros podem ser vistos em http://www.ibiblio.org/pioneers/index.html. Vint Cerf é considerado o “Pai da Internet”. Bob Metcalfe inventou a tecnologia Ethernet, que domina as interfaces de rede até hoje. Outros pesquisadores foram muito importantes, principalmente no desenvolvimento do TCP/IP, que impulsionou a rede. John Postel é um desses caras. A página de Postel, http://www.postel.org, é um tributo a dedicação e criações do pesquisador. Postel participou da criação, entre outros protocolos, do IP, do TCP, do SMTP (serviço de e-mail) e da resolução de nomes (DNS). Foi editor das RFCs por 30 anos. Você pode acessar mais sobre a história da Internet em Português: http://simonevb.com/hobbestimeline/ . Outro site interessante sobre a história das comunicações, inclusive a Internet é http://www.mediahistory.umn.edu (em Inglês) Evolução da Internet? Esse cara é considerado o menor servidor Web do planeta. Veja detalhes em: http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html Padrões Atualmente, vários organismos internacionais estão voltados para a padronização das normas de funcianamento dos dispositivos usados na troca de informações. Protocolos, componentes de rede, interfaces, todas as tecnologias utilizadas precisam de padrões para que consigam operar entre elas. A seguir, você entrará em contato com os principais organismos da área de redes e comunicação de dados. 12
  13. 13. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 • ISO - International Organization for Standardization – http://www.iso.org, através da norma 35.100.01 padroniza o modelo geral para o OSI - Open systems interconnection. Esse instituto não disponibiliza os padrões gratuitamente, mas possui uma loja on-line para compra dos padrões. O modelo de protocolos especificado pelo OSI é a referência para todos os protocolos de redes atuais. Você verá mais sobre o modelo, que deu origem inclusive ao prédio da nossa NetPizza, com as camadas do protocolo sendo representadas pelos andares do prédio. • ITU - International Communications Union. – http://www.itu.int – Esse organismo, como o nome está indicando, é responsável pela padronização do setor de telecomunicações. Aqui os padrões também são pagos. Entre outras coisas, o ITU é responsável pelo protocolo de comunicação de voz sobre IP H.323 e pelas normas de comunicação do protocolo ATM entre as operadoras de Telecomunicações fim da aula 2 Rt1i43 13
  14. 14. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 • ANSI – American National Standards Institute. http://www.ansi.org/ Responsável por alguns padrões importantes na área de redes e comunicação de dados (por exemplo, as redes FDDI, que funcionam a 100 Mbps em anéis de fibra óptica). O ANSI é uma instituição privada norte-americana, destinada a promover os padrões daquele país em nível internacional. Fiber channel 14
  15. 15. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 • IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. http://www.ieee.org . É uma associação profissional, que trabalha para pesquisa e padronização nas áreas de engenharia e computação, com muitas publicações e conferências renomadas nessa área. Existem várias áreas de trabalho e uma delas nos interessa particularmente: O grupo 802, que regulamenta as redes locais e metropolitanas, entre elas as tecnologias ethernet (IEEE 802.3) e token ring (IEEE 802.5), as duas líderes em redes locais. • ISOC – Internet Society http://www.isoc.org Mantém vários grupos responsáveis por funções centrais no funcionamento e evolução da Internet. Entre elas, se destacam o IETF, IANA, W3C. • IETF – The Internet Engineering Task Force http://www.ietf.org O IETF é uma organização que reúne fabricantes, pesquisadores, projetistas, operadores de redes. Essa comunidade está envolvida com a operação e a evolução da arquitetura da Internet. Sem dúvida, a organização mais destacada em termos de normas e padrões para os protocolos e procedimentos relacionados com a Internet, notadamente a arquitetura TCP/IP. O IETF mantém grupos de trabalho divididos por área, como roteamento, segurança, e outros. Possui uma metodologia de padronização baseada em RFCs (Request for Comments), documentos que normatizam o funcionamento da Internet. • TIA/EIA Normalmente associados aos cabeamentos, os padrões da Electronic Industries Alliance (EIA) participam da elaboração de tecnologias de comunicação, bem como produtos e 15
  16. 16. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 serviços. Á aliança é responsável por vários grupos de padronização, inclusive a Telecommunications Industry Association (TIA). http://www.tiaonline.org/ Algumas tecnologias possuem fórums de discussão, que tentam agilizar o estabelecimentodos padrões, antecipando-se aos organismos oficiais. Tais fórums são compostos por fabricantes e pesquisadores interessados na tecnologia em questão. Por exemplo, um fórum muito atuante é o da tecnologia ATM. Veja em http://www.atmforum.com . Outra organização de fabricantes é a Aliança gigabit ethernet. http://www.10gea.org “Seja liberal naquilo que você aceita,e conservador naquilo que você propaga”. J. Postel. Seção 4 – Os componentes de uma rede Uma rede de comunicação de dados possui vários componentes, o que pode fazer dela um sistema computacional bastante complexo. Os componentes podem ser divididos em 2 grupos básicos: 4.1 - Componentes de hardware: Incluem todos os dispositivos físicos que fazem parte da comunicação Você verá mais sobre os componentes na unidade 5. Componente Camada de atuação Foto a) E Abaixo da física (lembre-se nlaces que as camadas constituem-se (seçãoxx de software) xx) 16
  17. 17. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 b) H Atua na camada 1, ub propagando o sinal elétrico/óptico em todas as portas c) R Faz o mesmo papel do hub, epeater regenerando o sinal e propagando para outra porta. Pode ser considerado um hub de uma porta. d) P Faz a ligação do host com o laca de enlace. Converte as rede / informações em bits, e os bits interface em informações e) B Faz a conexão entre duas ridge redes através da camada de enlace. Pode conectar redes de tecnologias diferentes, como Ethernet e Token Ring. A bridge deu origem aos switches f) S Um switch reune um conjunto witch grande de funções. Podem ser considerados Bridges com várias portas. Armazenam os pacotes, repassam para os destinatários na porta de destino. Evitam colisões. g) R Comutador de pacotes de outer camada 3 (datagramas). Possui outras denominações: • Sistemas intermediarios, Intermediate system ou IS (usado pela ISO) • Gateway 17
  18. 18. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 (Muito usado pela comunidade IP/Internet) • Switch de camada 3 h) M Modulador/Demodulador. odem Equipamento de codificação. Converte sinais analógicos e digitais i) H Máquina o usuário. Possui ost outras denominações: • Host (Comunidade IP/Internet) • Data terminal equipment, ou DTE (usado pelo padrão X.25) • End system, ou ES (usado pela ISO) • Estação Máquina que comuta j) G datagramas (camada 3). Nome ateway dado aos roteadores pela comunidade IP/Internet 4.2 – Componentes de Software: a) Os sistemas operacionais: Responsáveis pelo controle do uso da CPU, memorias, discos e periféricos, como a interface de rede. Alguns controlam ainda as tabelas de endereços e de caminhos, como um sujeito que determinasse qual veículo deixaria a Net-Pizza por uma das portas de entrada-saída. Tais sistemas residem nos switches e routers. • Unix (HP-UX, Solaris) • Linux (Red-Hat, Debian), • Mac-OS, • Netware, • Windows 18
  19. 19. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 • Sistemas especializados em comutação e roteamento (ex.: IOS). b)os protocolos • HTTP (páginas de hipertexto) • SMTP (transporte de correio eletrônico) • FTP (transferência de arquivos) c) as aplicações (clientes, que solicitam o serviço – browser, por exemplo- e servidoras, que prestam os serviços – servidor web, por exemplo). Seção 5 - Os protocolos de rede Um protocolo de rede é uma norma de comunicação, implementada através de software. Define a forma e a ordem das mensagens, e as ações realizadas para a comunicação entre duas entidades. Para reduzir a complexidade do projeto dos protocolos, eles são divididos em camadas ou níveis, uma camada sobre a outra, como os andares da Net-Pizza. O número de camadas, o nome, o conteúdo de cada uma e a função delas pode variar de modelo para modelo. Em todos os modelos, porém, as camadas inferiores prestam serviços para as camadas superiores, e as superiores solicitam os serviços das inferiores. Os protocolos acessam os serviços da camada inferior através dos SAP – Services Access Points ou Pontos de Acesso aos Serviços Na Net-pizza, é como se o pessoal do 2º. Andar enviasse todos os engredientes montados, juntamente com o pedido, para os assadores do ultimo andar. Quando a pizza fica pronta, os assadores solicitam a camada de baixo o processamento inicial da encomenda: Cortar em fatias, embalar,etc. Note que cada andar possui funções especializadas, e não interfere nas funções dos andares acima e abaixo. Os modelos de protocolos de redes mais utilizados são 3: • OSI o O modelo OSI serviu de base para a elaboração dos demais modelos de protocolos. È um modelo sofisticado, complexo e que acabou sendo utilizado somente como referência (Reference Model OSI, ou RM-OSI). São 7 camadas, conforme demonstrado na Figura -1. • TCP/IP o A arquitetura TCP/IP foi aquela que impulsionou a Internet, numa evolução da ARPA-Net. O TCP/IP foi escrito de forma a simplificar a comunicação e possibilitar a interoperação de dispositivos e tecnologias totalmente diferentes. • Modelo híbrido o O modelo híbrido surgiu da necessidade didática de comunicação entre os instutores e os alunos. Analisando a Figura 9, você pode perceber como ficaria confuso referenciar um protocolo como sendo de “camada 4” quando tinhamos o OSI (7 camadas) e o TCP/IP (4 camadas). A camada 4 para o OSI é 19
  20. 20. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 1 a de transporte, e para o TCP/IP é a de aplicação. O modelo híbrido passou a ser usado pelos principais autores da área de redes (Comer, Kurose, Tanembaum, Peterson). No nosso estudo, adotaremos o modelo híbrido como referência para as camadas, excecto quando for explicitamente indicada outra pilha de protocolos. Figura 9 - Modelos de camadas Pelo modelo híbrido, nossa NET-Pizza fica assim representada: 5 Aplicação Assadores/montadores (2º. Andar) 4 Transporte Pessoal do 1o. andar, que corta a pizza e manda os ingredientes e o pedido 3 Rede Expedição - Pessoal do terreo, que escolhe a via e o veículo. 2 Enlace Os veículos (Moto, furgão, carro, trem) 1 Física As vias de tráfego (ruas, rodovias, ferrovias). Um conjunto de protocolos e camadas é denominado de Arquitetura de Rede. A especificação de uma arquitetura deve ter todas as informações para alguém implementar um programa ou construir um dispositivo de hardware para uma ou mais camadas, obedecendo as normas do protocolo. 20
  21. 21. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Figura 10 - Modelo genérico para 5 camadas Comunicações horizontais e verticais Dentro de uma mesma camada para hosts diferentes (comunicação horizontal), e camadas diferentes no mesmo host (comunicação vertical). 21
  22. 22. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Unidade 2 Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Nesta unidade, serão estudados os componentes da camada física. Os tipos de sinalização, os meios de transmissão. Como você viu, as arquiteturas dos protocolos apresentam divisões em camadas. Nesse curso, adotamos o modelo híbrido de arquitetura, que associa os modelos OSI e TCP/IP. A camada física, apesar de não especificada no modelo TCP/IP, está presente nos modelos OSI e híbrido (Figura 11). Ela é a camada mais inferior da pilha, sendo responsável pela interface com os meios de transmissão. Tais interfaces comunicam o host com a rede, determinando os parâmetros mecanicos, eletricos e temporais. Physical Layer Transmission Protocol Physical Layer Physical Medium Figura 11 Posição da camada física e do cabeamento A camada física determina como os bits serão representados (sinalização), detecta o início e o final das transmissões, e as direções dos fluxos. Você vai observar que é dificil transpor algumas barreiras físicas e que existe uma imposição da natureza sobre as possibilidades e limites de utilização de um canal para transmitir sinais. Na net-pizza, a camada física corresponde às vias de escoamento do tráfego. Nelas, existem alguns controles básicos que encontramos também nos protocolos: O tipo do veículo que pode trafegar em cada pista (o veículo corresponde ao frame ou quadro da camad dois, voce deve estar lembrado). Os sinais de transito, permitindo ou bloqueando a passagem. As colisões, quando ocorrem. Os engarrafamentos, os estreitamentos de pista, as larguras e velocidades máximas. Os diferentes meios de transporte podem ser comparados aos meios de transmissão: voce pode imaginar uma estrada não pavimentada como sendo uma linha de transmissão analógica, de grandes retardos, e taxas de erros como um modem assincrono de 56 Kbps. Uma estrada pavimentada poderia ser então nossos pares trançados (esses azuis que conectam o micro a tomada de rede). Uma fibra óptica poderia ser o ar por onde trafegam os aviões, de qualquer velocidade. Os satélites poderiam ser comparados aos navios, uma vez que podem transportar muita informação, mas são relativamente lentos. Ao final da unidade,voce estará apto para: • Identificar os tipos de sinais • Definir multiplexação de um canal 22
  23. 23. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Entender o conceito de Largura de banda • Diferenciar os meios físicos de transmissão • Entender os principais problemas dos sinais Sessão 1 – Tipos de sinal Sessão 2 - Largura de banda Sessão 3 – Multiplexação Sessão 4 – Codificação Sessão 5 – Os meios de transmissão e os problemas dos sinais nos meios físicos Sessão 1 – Tipos de sinal Sinais e transmissão de dados O que é um sinal? Um sinal é um fenômeno físico, que representa um fluxo de informações. Portanto, um sinal pode transportar os dados em um meio físico (fios de cobre, fibras ópticas, ar) Tipos de sinais: Basicamente, temos dois tipos de sinais de dados: Analógicos Nesse tipo, existe uma variação contínua da intensidade em relação ao tempo. Não existe descontinuidade. Figura 12 - Sinal analógico 23
  24. 24. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Digitais Nos sinais digitais a intensidade se mantém em um nível constante e então muda para outro nível de intensidade (Figura 13) Figura 14 - Sinal Digital Um sinal digital é uma sequência de pulsos discretos, descontínuos. Os sinais digitais têm uma amplitude fixa, mas a largura do pulso e a freqüência podem ser alteradas. Os sinais digitais de fontes modernas podem ser aproximados a uma onda quadrada, que, aparentemente, tem transições instantâneas de estados de baixa para alta voltagem, sem ondulação. Cada pulso é um elemento do sinal. Nos casos mais simples, existe uma correspondência 1 para um entre os bits transportados e os elementos dos sinais. Exemplo de codificações onde existe correspondencia 1-1 (NRZI) e 2-1 (Manchester) Figura 15 - Número de elementos na sinalização de 1 bit 24
  25. 25. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal 25
  26. 26. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Bauds Um baud é o número de símbolos (elementos) do sinal usados para representar um bit. No caso da figura 7, um 1 bit é representado por 1 baud na codificação NRZI e 2 bauds na Manchester. Durante um baud, um símbolo é enviado no canal. Quando um canal digital é amostrado, o número de amostras por segundo é medido em bauds Exemplo: Se voce tem um modem com taxa de 2400 bauds significa que seu modem pode amostrar 2400 simbolos por segundo. Embora isso possa parecer pouco, cada símbolo pode representar mais de um bit, dependendo da modulação. Se o seu modem usa uma técnica chamada QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), dois bits são representados a cada alteração de fase. Tarefas de um sistema de comunicação Podemos listar as seguintes tarefas como sendo responsabilidade do sistema de comunicação: • Interfaces humano/maquina/maquina/humano • Geração do sinal • Sincronização • Detecção e correção de erros • Controle de fluxos • Endereçamento • Roteamento • Recuperação • Formatação das mensagens • Segurança • Gerência da rede Sessão 2 - Largura de banda e atrasos Largura de Banda A largura de banda (bandwidth) e o atraso (tempo necessário para que uma unidade de informação percorra a rede desde a origem até o destino) são dois conceitos fundamentais para analisarmos o desempenho de uma rede. A largura de banda de um enlace pode ser definida de duas formas: fisicamente, pode- se dizer que: 26
  27. 27. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal “é a faixa de frequências que pode passar pelo enlace com perdas mínimas”. Por exemplo, para transmitir um sinal de voz na linha telefônica precisamos de uma banda de 3000 Hz, pois a voz humana usa frequências de 300 a 3300 Hz. Outro enfoque, mais prático, pode determinar a largura de banda como: “a quantidade de sinal, em bits, que uma interface pode inserir em um enlace em um segundo” (taxa de transmissão da interface). Sob essa óptica, uma interface fast ethernet (padrão IEEE 802.3u) teria uma banda de 100 Mbps. Essa quantidade normalmente não é alcançada na prática, devido aos problemas de implementação das tecnologias. A palavra “throughput” ou vazão, normalmente é usada para definir o desempenho que um enlace fornece entre duas interfaces. Por exemplo, um enlace de 10 Mbps poderia fornecer uma vazão de, digamos, 4 Mbps, devido às deficiências de implementação. Atraso Atraso é o tempo necessário para que uma unidade de informação deixe a origem e chegue ao destino. O atraso pode ser decomposto em vários tipos, dependendo da localização do trajeto que está sendo analisado. Basicamente, existem 4 tipos de atraso nas redes de dados: Propagação, Transmissão, Enfileiramento e Processamento. Eles serão analisados separadamente na próxima unidade. Quando somamos todos esses atrasos, obtemos o Atraso Total fim a fim, que é o tempo dispendido pela informação entre dois nós da rede. Quando analisamos o atraso total fim-a-fim podemos imaginar a informação percorrendo uma tubulação como a da Figura 16. A tubulação pode ser vista como um túnel por onde nosso proto-boy trafega com seu furgão. O furgão transporta a unidade de dados (pizza). O atraso nodal total seria o tempo necessário para que o furgão deixasse a pizzaria e chegasse a casa do cliente. Delay Bandwidth Figura 16 - O enlace como uma tubulação 27
  28. 28. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Podemos imaginar a largura do tunel como a banda disponível para a passagem da informação. Quanto mais banda, mais furgões podem passar simultaneamente pelo túnel. Note que aumentar a largura do túnel (mais banda) não significa tornar os furgões mais rápidos. Significa apenas que mais furgões podem trafegar simultaneamente. Existe uma abstração importante para imaginarmos o desempenho de um enlace. Se multiplacarmos a banda pelo atraso, podemos ter a quantidade de bits que estão no canal de comunicação em determinado instante. O produto BANDAxATRASO indica quantos bits estão em um canal, antes de serem recebidos na interface de destino. Isso significa que, se a interface de destino detectar algum erro e solicitar um cancelamento da transmissão, esses bits já estarão no percurso entre as duas interfaces, o que pode gerar problemas em redes de desempenho muito elevado. Isso porque quanto maior o desempenho, mais bits estarão nesse trajeto. Exemplo: em um canal de 50 Mbps com um atraso de 40 ms teremos: 50 X 106 bits/segundo X 40 X 10-3 segundos= 2.000.000 bits Sessão 3 – Multiplexação Multiplexar é transmitir sinais de várias sessões de comunicação em um meio físico compartilhado. A técnica é muito útil para reduzir o numero de enlaces, que normalmente possuem custos elevados. 28
  29. 29. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 17 - Sessões em enlaces individuais Quando poucas sessões forem necessárias, o número de enlaces individuais não chega a ser um problema. Mas muitas sessões significam muitos enlaces. Enlaces=s(s-1)/2 ■■■ Figura 18 - Multiplexação - Sessões compartilhando enlace único Os canais de comunicação podem ser multiplexados segundo 3 técnicas básicas: • Tempo (TDM ou Time Division Multiplexing) Nessa técnica, o canal de comunicação é divido em vários “slots” ou períodos de tempo. Cada estação pode transmitir em um período, usando toda a frequencia (banda) disponível. Ou seja, limita-se o tempo de transmissão, libera-se a frequencia plena do canal. 29
  30. 30. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 19 - Time division multiplexing • Frequência (FDM ou Frequency Division Multiplexing) Nessa técnica ocorre o inverso da anterior: Limita-se uma faixa de frequencia para cada estação, que pode então transmitir por periodos de tempo indefinidos . Um exemplo é a transmissão de rádios em AM. Vários canais são alocados nas frequencias entre 500 e 1500 kHz. Cada estação de rádio usa uma faixa de frequencias, sem limites de tempo. Figura 20 - Frequency Division Multiplexing 30
  31. 31. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Comprimento de onda (WDM ou Wavelength Divison Multiplexing) Nessa técnica, cada estação irá transmitir em comprimentos de onda específicos, que são filtrados ao passar pelo comutador. Figura 21 – Wavelenght Division Multiplexing 31
  32. 32. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal 32
  33. 33. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Sessão 4 – Codificação Os sinais se propagam através de um meio físico (enlaces, ou links). Os dados binários que o nó de origem quer transmitir precisam então ser codificados em sinais, de modo que os bits possam percorrer a distância até o destino. No destino, os sinais precisam ser decodificados novamente em dados binários. Os sinais, na prática, correspondem a duas voltagens diferentes nos fios de cobre ou potências com níveis diferentes quando o meio é a fibra óptica. A responsabilidade de codificar o sinal que irá trafegar o meio físico é das interfaces de rede. Cada interface tem uma tecnologia, e pode envolver uma série de protocolos. Existem vários tipos de codificação. Por exemplo, para a tecnologia ethernet, uma subcamada responsável pela codificação irá gerar um código do tipo Manchester nas taxas de 10Mbps em fios de cobre. A codificação irá mudar para NRZI em taxas de 100Mbps nas Fibras ópticas. Você vai ver agora alguns detalhes a respeito de 4 das principais técnicas de codificação: NRZ, NRZI, Manchester, 4B5B e MLT3 Stallings pag 135 – Peterson pag 57 Codificação NRZ O nome é obscuro “Sem retorno ao zero”, ou “Non return to zero”. É a forma mais simples de codificar sinais e por isso a mais utilizada. O mapeamento é feito representando um bit um para os sinais de nível mais alto e um bit zero para os sinais de nível mais baixo (Figura 22) . Bits 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 NRZ Figura 22 - Codificação NRZ O problema com a NRZ é quando ocorre uma sequência longa de bits zero ou um. O sinal permanece alto ou baixo no enlace por um período muito longo Codificação NRZI Essa codificação é denominada “sem retorno ao zero inversão no um” (non-return-to-zero, invert-on-one) Funciona assim: 33
  34. 34. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Os sinais 1 são alternadamente representados por um sinal alto ou baixo (Voce deve lembrar que nas fibras ópticas o que muda é a intensidade do sinal para representar zeros e uns). • Nenhuma alteração é feita no sinal para representar um zero. Figura -23 - Codificação NRZI Com essa técnica, o problema de vários 1s seguidos fica eliminado, mas ainda existe com uma sequencia de zeros. Manchester Essa codificação é usada normalmente para transmitir em fios de cobre a taxas de 10 Mbps. Para cada 0 e 1 transmitido através do meio físico acontecem os seguintes passos: • A representação do bit tem uma transição de voltagem no meio da codificação. • Para um bit 0, a primeira metade é alta, e a segunda é baixa. • Para um bit 1, a primeira metade é baixa e a segunda é alta. Exemplo: Transmissão de um byte 101111001 Figura 24 - Codificação Manchester A codificação manchester sempre provoca uma alteração na voltagem, evitando a perda de sincronismo mesmo em longas sequencias de zeros ou 1s. 34
  35. 35. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal 4B5B Usada nas tecnologias Fast Ethernet, FDDI, Token Ring. Para cada conjunto de 4 bits, é inserido um 5º. Bit que evita longas sequencias sem alteração do sinal (i)4B/5B Code-Groups for FDDI, CDDI, and 100BASE-X As opções de codificação foram feitas de forma que nenhum codigo de 5-bits possui mais de 2 zeros consecutivos. 1) Table A.2. 4B/5B Data Mappings Hex Binary "Nibble" (4B) Five Bit Code-Group (5B) Dupla binaria 0 0000 11110 1 0001 01001 2 0010 10100 3 0011 10101 MLT-3 Signals for 100BASE-TX and CDDI Multi-Level 3 encoding (MLT-3) é uma tecnica de sinalização eficiente que foi introduzido pelo CDDI e adotado pelo 100BASE-TX (IEEE 802.3u em par trançado UTP). Requer menos banda que a sinalização NRZI usada pelo FDDI e 100BASE-FX. Isso ajuda bastante, porqueo UTP cat % realmente tem menos banda que a fibra óptica Como a NRZI, a tecnica MLT-3 faz uma transição para cada bit 1 e permanence a mesma para os bits 0. Entretanto, as transições são feitas em 3 níveis de sinais. O sinal muda um nível por vez, como segue: 1. Low to middle 2. Middle to high 3. High to middle 4. Middle to low O resultado é que o numero de transições entre os níveis alto e baixo de voltagem fica reduzido. Isso se traduz em frequencias menores, tornando possível colocar 100Mbps em cabos de categoria 5 . A Figura 25 mostra a codificação de um string binario 11010001 pela MLT-3. Os níveis medio, alto e baixo podm ser representados por [-, 0, +] ou [-1, 0, and 1] 35
  36. 36. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 25 - Codificação MLT3 A MLT-3 apresenta o mesmo problema da NRZI para longas repetições de 0, o que pode gerar uma perda do tempo de bit no lado do receptor. A solução encontrada foi a mesma: A cada 4-bit nibble é convertido em 5-bit code-group usando a tradução 4B/5B. A combinação da 4B/5B e dos sinais MLT-3 possibilita transmitir a 100 Mbps em enlaces com 31.25MHz de banda. Modulação Os sinais digitais devem ser modulados para transporte nos meios analógicos. A situação mais comum aqui é usar a linha de telefonia para enviar dados através de um Modem (Modulador/Demodulador). A modulação é a alteração do sinal para marcar a troca do bit. O número de amostras do canal digital é medido em bauds. Cada baud contém um símbolo 36
  37. 37. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal As técnicas mais freqentes são Figura 26): • Modulação de amplitude • Modulação de frequencia • Modulação de fase 37
  38. 38. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 26 - Técnicas de modulação a-Amplitude: Em ondas, é a maior das distâncias que uma onda atinge de sua posição média. Quanto maior a energia da onda, maior a sua amplitude Conceitos importantes: Vários conceitos importantes na trasmissão dos dados ficam confusos, devido a grande quantidade de informações necessárias ao entendimento da coisa. Voce deve lembrar de alguns: • Largura de banda: (Bandwidth): o Faixa de frequencia possível de transmitir em um enlace. É uma propriedade física do meio, medida em Hz. • Baud o Quantidade de amostras por segundo. Cada amostra envia um símbolo. • Símbolo o Como um bit pode ser representado (depende da modulação). A modulação determina o numero de bits por símbolo. • Taxa de bits o Quantidade de bits possíveis de inserir em um enlace, por unidade de tempo. Numero de simbolos por segundo vezes numero de bits/simbolo. 38
  39. 39. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Sessão 5 – Os meios físicos e problemas dos sinais Nesta seção você verá quais os principais meios usados para transmitir os sinais, e ambém os problemas que os pobres bits enfrentam para percorrer as distâncias entre a fonte e o destino. Na nossa analogia da NetPizza, os meios físicos são correspondentes as vias de transporte, por onde trafegam nossos veículos transportadores de pizzas. Os meios físicos servem de substrato para a propagação dos bits, convertidos em sinais eletromagnéticos ou pulsos ópticos. Os bits se propagam entre uma interface de origem e uma de destino. Numa interconexão de redes, como é a Internet, podemos ter vários pares transmissor/receptor entre o ponto inicial (fonte) e o final (destino). Entre cada par transmissor/receptor, os meios físicos podem assumir diferentes formas. Os meios físicos podem ser dividos em 2 grupos: Guiados e não guiados • Guiados a) Fios de cobre 1. UTP – Unshilded Twited Pair ou Par trançado não blindado. Os fios são trançados em pares. Cada par consiste de um fio usado par os sinais positivos e outro para os negativos. Qualquer ruído que ocorra em um dos fios do par irá aparecer no outro também. Como eles estão com polaridades contrárias, possuem 180 graus de deslocamento de fase, o que cancela o ruído na extremidade receptora. Figura 27 – UTP 2. STP – Shilded Twisted Pair - Par trançado blindado. O grau de redução da interferência é determinado pelo número de trançagens por unidade de comprimento. Para melhorar a rejeição aos ruídos, uma malha recobre os pares de fios que estão trançados. 39
  40. 40. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 28 - STP - Par Trançado Blindado O revestimento pode ser em pares individuais e em torno de todos os pares, ou somente em torno de todos os pares em conjunto (Screened Twisted Pair) Figura 29 – ScTP – Screened Twisted Pair Mais informações sobre cabeamento de par trançado: http://www.siemon.com/us/standards/default.asp#OUTLET 3. Cabos Coaxiais Consistem em um condutor cilíndrico externo oco que circunda um conjunto interno feito de dois elementos condutores. Um condutor de cobre, no centro. Circundando-o, há uma camada de isolamento flexível (insulator) - Figura 30. Sobre esse material de isolamento, há uma malha de cobre ou uma folha metálica (shield) que funciona como o segundo fio no circuito e como uma blindagem para o condutor interno. Essa segunda camada, ou blindagem, pode ajudar a reduzir a quantidade de interferência externa. Cobrindo essa blindagem, está o revestimento do cabo (jacket). Figura 30 – Cabo Coaxial b) Cabos de Fibras ópticas As fibras ópticas consistem de fibras de vidro ou polímeros de carbono (mais atuais) que transportam sinais a altas frequencias em volta do espectro de luz visível. O tubo de vidro central é denominado de Núcleo, tipicamente com 62,5 microns (1 micron = 10-6 metros). Em volta do núcleo, um envoltório (cladding) também de vidro, em camadas concêntricas, para evitar a perda dos feixes luminosos. Esse envoltório possui 125 microns de diametro. Uma fibra com essas medidas nucleo/casca é dita 62,5/125. Em volta da casca existe um 40
  41. 41. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal protetor de plastico. Nas fibras, a frequencia das ondas como medida de banda dá lugar ao comprimento de onda, medido em naômetros ou bilionésimos de metros. Figura 31 -Cabo de Fibra óptica Tipos de fibra--------------------------------iniciar aula do dia 12 Dois tipos básicos de fibra: Multimode (MMF) e Singlemode (SMF) Características das fibras Multimdo: (Muitos feixes luminosos) • Fonte luminosa: LED (Light Emitting Diode) • Atenuação 3.5 dB/Km (perde 3.5 dB de potencia no sinal por quilometro) • Comprimento de onda da fonte luminosa: 850 nM • Dimensões diâmetros nucleo/casca: 62.5/125 Características das fibras Singlemode: (Um feixe luminoso) • Fonte luminosa: Laser • Atenuação 1 dB/Km • Comprimento de onda da fonte luminosa 1170 nM • Dimensões diâmetros nucleo/casca: 9/50 Comparação entre as fones de luz para os cabos de fibra: Vantagens dos cabos de fibra: 41
  42. 42. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Imunidade a interferências a) RFI - Radio Frequency Interference b) EMI -Electromagnetic Interference • Grande capacidades de banda • Imune a corrosão • Atenuação bem menor que o cobre • Ocupa menos espaço • Suporta taxas de transmissão maiores Desvantagens dos cabos de fibra: • Curvas limitadas (pode quebrar facilmente) • Preço (compesador em altas taxas) • Dificuldade de emendar 1. MMF 2. SMF Figura 32 - Tipos de fibra Figura 33 - Conectores tipo ST 42
  43. 43. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 34 - Conectores tipo SC e Duplex 43
  44. 44. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Meios físicos Não guiados Essas formas de transportar sinais não necessitam conexão direta entre uma estação e outra. Os canais de comunicação são criados usando-se as frequencias do espectro eletromagnético (Tabela 1). 1. Radio frequencia • Ondas terrestres – Propagam-se limitadas pela altura da atmosfera, e seguem a curvatura do globo (Figura 35). Ondas de rádio, frequencias menores (VLF, LF, MF na Tabela 1). São omnidirecionais, ou seja, propagam-se em todas as direções a partir da estação de transmissão. Figura 35 - Ondas terestres - Baixas frequencias • Reflexão na Ionosfera o Possuem alcance maior, as frequencias são elevadas (HF, VHF, UHF...) Figura 36 - Reflexão na Ionosfera - Frequencias elevadas Name Frequency (Hertz) Examples 44
  45. 45. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Gamma Rays 1019+ X-Rays 1017 Ultra-Violet Light 7.5 x 1015 Visible Light 4.3 x 1014 Infrared Light 3 x 1011 EHF - Extremely High 30 GHz (Giga = 109) Radar Frequencies SHF - Super High 3 GHz Satellite & Microwaves Frequencies UHF - Ultra High 300 MHz (Mega = 106) UHF TV (Ch. 14-83) Frequencies VHF - Very High 30 MHz FM & TV (Ch2 - 13) Frequencies HF - High Frequencies 3 MHz2 Short Wave Radio 3 MF - Medium Frequencies 300 kHz (kilo = 10 ) AM Radio LF - Low Frequencies 30 kHz Navigation VLF - Very Low Frequencies 3 kHz Submarine Communications VF - Voice Frequencies 300 Hz Audio ELF - Extremely Low 30 Hz Power Transmission Frequencies Tabela 1 - Frequencias do espectro eletromagnetico Radio Frequencias – As frequencias maiores (Very, Ultra, Super, Extremely) receberam esses nomes porque ninguém esperava que fossem descobertas frequencias maiores que 10Mhz (HF). 45
  46. 46. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal 2. Micro-ondas A transmissão por micro-ondas (Microwave transmission) comporta-se de forma diferente da radiofrequencia normal. A transmissão é direcional, e precisa de uma linha de visada (as estações devem ser visíveis de uma para outra)- Figura 37. Figura 37 - Propagação na linha de visada (maximo 50 kilômetros, devido a curvatura do globo) Em casos onde não existe linha de visada, devem-se inserir repetidores (Figura 38). Figura 38 - Estações sem linha de visada usando repetidores As micro-ondas operam em frequencies muito altas, entre 3 a 10 GHz. Isso permite que transportem grandes quantidades de dados, pois a largura de banda é alta. Vantagens: a. Muita largura de banda. b. Torres pequenas, ocupam pouca area na terra c. Frequencia alta e baixo comprimento de onda, requerem antenas pequenas Desvantagens: 46
  47. 47. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal a. Atenuação por objetos sólidos: Chuva, pássaros, neve, fumaça b. Refletida em superficies planas (agua, metais)Reflected from flat surfaces like water and metal. c. Difração em volta de objetos sólidos. d. Refração na atmosfera, causando projeção do sinal além do recptor. e. Regulamentadas, é necessário adquirir licença de uso. Existem acordos internacionais e nacionais para prevenir o uso caótico do espectro. Como todos querem mais banda, as frequencias são cobiçadas. Esses acordos determinam as faixas de frequencia das rádios (AM, FM), TVs e celulares. São regulados também os usos das companias telefônicas, polícias, navegações, militares. O ITU-R é o responsável pelas regulamentações internacionais, embora alguns países possuam regras conflitantes. Equipamentos que operam em um país podem ser barrados em outros. 3. Laser O uso de laser para transportar dados está bem difundido pois possui grande banda , é uniderecional e não está na faixa regulamentada. O laser não se propaga corretamente com chuva, neve, névoa ou fumaça. Uma grande aplicação do laser é na conexão de redes locais entre dois prédios. Relativamente barato e fácil de instalar, apesar de ser difícil de focar o fotoreceptor se as distâncias forem grandes. 4. Infra vermelho A faixa do infra-vermelho é largamente usada para transmissão de dados em curta distância. Os conrole-remotos dos equipamentos domésticos (TV, DVD, Players de toda espécie) utilizam ondas na frequencia do infravermelho. É um método barato e relativamente unidirecional. Não ultrapassa paredes sólidas, o que é uma vantagem. A vizinha não pode trocar seu canal de futebol, ou baixar o volume do seu MP3 player. 47
  48. 48. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Em geral, quando os comprimentos de onda ficam menores, o comportamento das ondas se aproxima mais da luz e se afasta do comportamento das ondas de rádio. 5. Satélite Na sua concepção mais rudimentar, poderíamos ver um satelite artificial como um repetidor de micro-ondas no céu. Vários transponders ficam ouvindo uma faixa própria do espectro, amplificam o sinal que está chegando (uplink) e retransmite em outra frequencia, para evitar interferência no sinal que está chegando. O sinal de descida (downlink) pode ser amplo, cobrindo uma superficie ampla do planeta, ou estreito, cobrindo uma area de apenas centenas de quilometros de diametro. A altiude do satélite determina uma série de fatores que influenciam no desempenho da tecnologia. Existem três grande grupos em função dessa altitude: Os GEO, os MEO e os LEO . 48
  49. 49. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Figura 39 - Altitudes, atrasos e número de satélites necessários conforme o tipo (2º. Tanembaum) Geo- São os satélites colocados em órbita sobre a linha do equador, em uma altitude de 35.800 km, a qual corresponde a uma volta em torno da superfície do planeta a cada 24 horas, permitindo que o satélite pareça estacionário quando observado da Terra. Como cada equipamento precisa de 2 graus de distância do outro para evitar interferências, temos apenas 3600/2=180 vagas no espaço. Figura 40- Satelite geoestacionário/geossincrono Os sistemas GPS usam os MEO – a 17000 Km, com 24 satelites. 2.5.2 MEO: Mediam Earth Orbit, são os satélites de órbita média, situam-se entre 6.000 e 15.000 kilometros de altitude. È nessa classe que estão os satélites dos sistemas GPS, que identificam o posicionamento de uma estação móvel na superfície do planeta com uma 49
  50. 50. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal precisão muito grande. Têm uma latência (atraso) de 35 a 85 ms e são necessários 10 satélites para fazer a cobertura plena do globo. 2.5.3 LEO: Low Earth Orbit (Baixa órbita terrestre) Como movem-se muito rapidamente, são necessários muitos deles (50 ou mais) para uma cobertura ampla. Por outro lado, como estão próximos da superfície (até 5000 Km) o retardo é baixo ( 1 a 7 ms). Problemas dos bits nos meios físicos São vários os problemas qe os miseráveis sinais irão encontrar nos meios físicos, que impõe barreiras ao funcionamento da rede. Os principais são os atrasos, os ruidos, a atenuação e a dispersão. 50
  51. 51. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal • Atrasos Nas redes de dados (comutação por pacotes, veja seção xxxx), podem existir muitos fatores de atraso na chegada dos sinais. Kurose e Ross destacam 4 tipos princiapis de atrasos: Propagação, Transmissão, Fila e Processamento (Figura 53). Embora os atrasos sejam prejudiciais na maioria das situações, as variações dos atrasos entre um pacote e outro podem ser bem mais problemáticos. Tais variações dos atrasos são denominadas “Jitter”. • Atenuacao (By Tanembaum4a. ed) • Erro Erros são introduzidos pelos demais problemas na transmissão do sinal, como ruídos e dispersões. Normalmente são usadas técnicas de detecção, mas não de correção. Como os dados para detectar um erro são enviados em conjunto com as informações, não se pode ter certeza que tais dados estejam totalmente corretos no momento do recebimento. Por exemplo, o transmissor envia uma sequencia Dados-verificação, representados por DV. O receptor vai receber uma sequência D’V’. Perceba que o parâmetro de verificação V’ pode ser diferente do V original. • Ruído É uma adição não desejada aos sinais eletromagnéticos, ópticos e de voltagem. Nenhum sinal elétrico é sem ruído. O importante é manter a razão sinal-ruído (S/R) o mais alta possível. 51
  52. 52. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal sinal ruído Pode ser interpretado como 1 Figura 41 - Ruido e a conjunção com o sinal • Dispersão A dispersão acontece quando o sinal se espalha com o tempo. É causada pelos tipos de meios envolvidos. Se acontecer com alguma intensidade, um bit pode interferir no próximo bit e confundí-lo com os bits anteriores e posteriores. Figura 42 - Dispersão do sinal • Distorção A distorção ocorre pelas influencias diferenciadas do meio em cada frequência do sinal sendo transmitido ( 52
  53. 53. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal http://www.siemon.com/br/whitepapers/10G- Assurance.asp 53
  54. 54. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal http://members.tripod.com/%7eVBKumar/networking.html Para saber mais Cabos: http://www.siemon.com/br/ Alocação de frequencias do spectro: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.html Multiplexação http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Multiplexing Satélites: http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/L.Wood/constellations/ http://www.sia.org/ 54
  55. 55. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal 55
  56. 56. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Camada física - Sinais, multiplexação e banda em um canal Chegou o momento de testar os conhecimentos. Vamos lá, procure não chutar. Atividades de Auto-Avaliação – Unidade 2 Marque V para as afirmações verdadeiras e F para as falsas 1)Quanto aos sinais, podemos afirmar que: [ v ] Um sinal é um fenômeno físico, e na transmissão de dados representa os bits [ f ] Os sinais analógicos são descontínuos, discretos [ f ] Nos sinais digitais a intensidade é constante e não se altera [ v ] Na codificação NRZI um sinal corresponde a um bit [ v ] Geração do sinal, detecção de erros e sincronização são tarefas do sistema de comunicação 2) Quanto a largura de banda, podemos afirmar que: [ v ] Largura de banda pode ser definida com quantidade de sinal possível em um meio físico [ f ] O atraso é uma medida da quantidade de bits no canal de comunicação [ v ] Quando multiplicamos a banda pelo atraso, obtemos a quantidade de bits no canal de comunicação [ v ] As vazões em um canal nem sempre correspondem a banda disponível [ f ] A taxa de transmissão de um interface (por exemplo, fast ethernet com 100 Mbps) não pode ser considerada largura de banda 3) Quanto a multiplexação dos canais, podemos afirmar que: [ f ] Multiplexar é aumentar a banda [ f ] Uma divisão do canal em ferequencias diferentes limita o tempo de transmissão das estações [ f ] A técnica TDM consome mais tempo que a FDM [ v ] As fibras ópticas podem ter vários canais virtuais se usamos técnicas WDM [ v ] A técnica TDM limita o tempo de cada estação 4) Quanto as técnicas de codificação dos sinais podemos afirmar que: [ v ] A técnica NRZ apresenta problemas com longas sequencias de sinais repetidos [ f ] A técnica NRZI evita os problemas com muitos zeros repetidos [ v ] A técnica Manchester sempre inverte o sinal, mesmo dentro do mesmo bit [ f ] Nas fibras ópticas a variação do tempo determina a codificação [ v ] Nas interfaces ethernet, os códigos são NRZI a taxas de 100 Mbps e Manchester nas taxas de 10 Mbps 5) Quantos aos meios físicos e problemas dos sinais, podemos afirmar que: [ f ] As fibras são mais rápidas que os fios de cobre [ v ] As fibras possuem mais banda que os fios de cobre [ v ] os fios de cobre atenuam mais que as fibras ópticas [ v ] Os satélites possuem retardos elevados, mas grandes coberturas [ f ] O infravermelho passa paredes de alvenaria, e as microondas não passam [ v ] A dispersão é um problema que pode sobrepor os sinais representando bits diferentes 56
  57. 57. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Unidade 3 Unidade 3 Redes de comutação de circuitos e de comutação de pacotes Objetivos de aprendizagem Esta unidade tem como propósito trazer um entendimento das diferenças básicas entre as técnicas de comutação: por circuitos (usado classicamente em telefonia) e por pacotes (redes de dados). Ao final da unidade, você será capaz de: • Descrever as características fundamentais de um serviço de rede orientado a conexão e de um sem conexão. • Diferenciar as redes comutadas por circuitos das redes comutadas por pacotes • Entender as diferenças entre os atrasos nas redes, e os fatores que influenciam cada tipo • Entender os conceitos de unidades de dados e dos cabeçalhos Plano de estudo A seguir estão descritas as seções desta unidade. Para manter a “jornada” bem organizada e registrada, ao final de cada “estação”, assinale o quadro marcando os “trajetos” já percorridos. Seção 1 – Serviços orientados a conexão e sem conexão Seção 2 – Chaveamento ou comutação Seção 3 – Atrasos nas redes comutadas • Propagação • Transmissao • Enfleiramento • Processamento Seção 4 - Os cabeçalhos das PDUs Seção 1 – Serviços orientados a conexão e sem conexão Voce sempre poderá associar um serviço sem conexão ao serviço postal tradicional (pode não ser do seu tempo, mas antigamente o sistema postal entregava cartas, através de agentes, denominados carteiros). 57
  58. 58. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Nessa analogia, voce deve lembrar do sistema telefônico como sendo um serviço com conexão. Tá legal, mas quais as principais diferenças? Basicamente, conexão implica em estabelecer um caminho prévio, um aceite do destinatário e somente depois iniciar a transmissão dos dados. O sistema postal – serviços sem conexão ou connectionless Nesse sistema, a origem da mensagem nunca terá plena certeza de que o processo vai funcionar. Quando você enviava uma carta (veja bem, isso foi antigamente), precisava ter muita esperança que: a) O endereço de destino estivesse correto b) A carta iria realmente chegar até lá c) O destinatário existisse, e estivesse apto a receber a mensagem (no destino, disponível e com vontade de ler). d) Se o cara estivesse a fim de responder ou só confirmar o recebimento, ele teria que passar pela mesma espectativa, cruzar os dedos e esperar. Vantagens: Esse tipo de sistema apresenta algumas vantagens. Você pode enviar quantas mensagens quiser sem esperar pelo aceite do destino. Mesmo que o destinatário não se encontre no endereço, basta que você consiga entregar ao primeiro ponto de contato (o posto dos correios), e ele se encarrega de remeter até o próximo ponto. Pela simplicidade, o serviço apresenta uma eficiência razoável a um custo muito baixo. Desvantagens: O serviço não é confiável. Você não tem garantias de entrega. Mesmo que a mensagem seja entregue, você não pode ter certeza que o destino foi correto (tanto o endereço como o destinatário podem não ser os desejados). O sistema telefônico – Serviços orientados a conexão Nesse sistema, a origem da mensagem (você) digita o endereço no terminal telefônico (celular, fixo, IP-Phone), que poderia ser o da Net-Pizza, por exemplo, e um sistema de comutadores encontra o caminho até o destino. Uma vez que o destino é encontrado, um alarme qualquer avisa o destinatário que alguém quer estabelecer uma conexão (se o terminal telefônico de destino não estiver ocupado). O destinatário pode aceitar ou não a conexão. Existe, portanto, uma troca de sinais iniciais (conexão) antes de se remeter a mensagem (dados dos usuários). Vantagens: O sitema apresenta um nível de confiabilidade alto. Você só começa a transmitir se a conexão foi efetuada. Desvantagens: Existe um custo de rede mais elevado, uma vez que é necessário trocar algumas informações antes de transmitir. Existe ainda um retardo inicial no estabelecimento da conexão. Mais tarde, voce vai estudar os dois protocolos da pilha TCP/IP que stão relacionados com os serviços orientados a conexão (TCP) e sem conexão (UDP). 58
  59. 59. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Seção 2 – Chaveamento ou comutação Os comutadores (switches) são dispositivos especializados usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão. Quando os dados chegam a uma linha de entrada, o elemento de comutação deve escolher uma linha de saída para encaminhá-las. Pode-se dizer que um switch é um dispositivo usado para conectar enlaces para formar uma rede maior. Um circuito pode ser definido como um caminho entre os pontos finais de uma comunicação. Existem duas formas básicas (Figura 43) para troca de informações em uma rede constituida por enlaces diferentes. a) Comutação de circuitos b) Comutação de pacotes A comutação de pacotes, por sua vez, pode se dar de duas formas: Datagamas Circuitos virtuais Comutação Circuitos Pacotes Datagramas Circuitos Virtuais Figura 43 - tipos de comutação 2.1 – Redes comutadas por circuitos – Circuit Switching Em uma rede comutada por circuito, um circuito físico dedicado é estabelecido entre os nós de origem e de destino antes de ocorrer a transmissão de dados. Portanto, o serviço é orentado a conexão, como visto na seção anterior. O circuito permanece pela duração da transmissão. O sistema de telefonia pública é um exemplo de rede comutada (chaveada) por circuito. Os comutadores das operadoras estabelecem um caminho físico entre as 59
  60. 60. Disciplina de Redes e Comunicação de dados extremidades (sistemas finais) que querem se comunicar. Isso é necessário porque voce não tem uma conexão direta com cada telefone que você quiera chamar. Uma vez estabelecido, o circuito é dedicado exclusivamente à transmissão atual. Completando a transmissão, esse circuito dedicado é liberado e disponibilizado para outra transmissão. Assim, a comutação por circuito promove o compartilharnento de recursos, pois os mesmos circuitos podem ser usados para diferentes transmissões, embora não simultaneamente (pelo menos é isso que a operadora de telefonia espera: Os usuários de uma mesma central não devem usar ao mesmo tempo seus equipamentos...) Y 1 2 3 W Figura 44 - Comutação de Circuitos Na Figura 44, você pode ver um circuito sendo estabelecido entre as estações finais Y e W (que poderiam ser terminais telefônicos), passando pelos comutadores (switches) 1, 2 e 3. Outro exemplo de rede comutada por circuitos são as Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI, ou ISDN – Integrated Services Digital Networks). 2.2 Redes comutadas por pacotes – Packet switched networks As redes comutadas por pacotes também são tecnologias de longa distância (WAN, ou Wide Area Network, como voce viu na unidade anterior, que tratou da classificação das redes), como a comutação de circuitos. Um switch de pacotes é um dispositivo com várias entradas e saídas, levando e trazendo os pacotes aos hosts que o switch interconecta. 60
  61. 61. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Figura 45 - Dados inseridos em pacotes Figura 46 - As redes de comutação de pacotes podem ser comparadas ao serviço postal Os dados do usuário são divididos em pequenas porções denominadas pacotes, aos quais são anexados cabeçalhos com informações de controle (origem, destino, protocolo) - Figura 45. 61
  62. 62. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Figura 47 - Comutação por pacotes Nesse caso, a banda disponível é usada ao máximo, em um compartilhamento dos recursos da rede. Em cada fluxo de dados de uma ponta a outra, a comunicação é dividida em pacotes. Cada pacote usa a banda máxima do enlace. Dessa forma, os recursos são usados conforme são necessários, sob demanda. Essa técnica é denominada “multiplexação estatística” dos recursos. Store-and-forward A chegar em um comutador (switch), o pacote vai esperar sua vez de ser transmitido. Existem filas na entrada e na saida das interfaces. Esse cara só vai deixar a interface do switch quando toda a informação que o compõe já chegou na interface de entrada. Essa técnica também tem um nome: “Store-and-Forward” ou “armazena e retransmite”. Figura 48 - Uso compartilhado de recursos Ao contrário da comutação de circuitos, a comutação de pacotes não aloca os recursos de forma dedicada para um fluxo de comunicação. Isso possibilita que mais usuários usem o mesmo recurso (Figura 48). Comutação e perfil de tráfego 62
  63. 63. Disciplina de Redes e Comunicação de dados A comutação de pacotes permite que mais usuários utilizem a rede, devido as características dos tráfegos de dados. As transmissões de dados tendem a ser mais variáveis que as de voz, com momentos de pico e momentos de inatividade. Esse perfil é denominado de “Taxa de bits variável”, ou VBR. Por essa razão, não seria vantajoso deixar uma parte da banda alocada para uma única comunicação, como na comutaçao de circuitos. Por outro lado, a comunicação de voz exige uma alocação constante do canal, em um perfil de tráego denominado CBR, ou “taxa constante de bits”. Esse perfil é mais adequado a alocação de recursos propiciada pela comutação de circuitos. Tá legal, mas o que são esses pacotes? Um pacote é uma unidade de transferência de dados (PDU – Protocol Data Unit). Voce pode imaginar uma unidade dessas como sendo um “envelope digital”, onde os dados são transportados. Na net-pizza, os pacotes são as próprias pizzas, transportadas pelo proto-boy, que representa os frames de camada 2. Figura 49 - Envelope Digital – PDU Cada camada do modelo de referência possui uma PDU com um nome genérico. Os pacotes são denominações genéricas para as PDUs de camada 3. Alguns autores chamam de pacotes as PDUs de nível 2 e 3, indistintamente. No nosso curso, vamos adotar a seguinte nomenclatura: Camada Nome da PDU 5- Aplicação Mensagem 4 –Transporte Segmento 3 – Rede Datagrama 2 – Enlace Frame 63
  64. 64. Disciplina de Redes e Comunicação de dados 1 – Física bit Tabela -2 - PDUs e camadas As diferentes tecnologias de cada camada possuem diferentes formatos de “envelopes” digitais para armazenar os dados. Exemplo: IpX e IP na camada 3, TCP e UDP na camada 4, ethernet, token ring e FDDI na camada 2 (Figura 50). Figura 50 -Tipos de frames mais comuns em LANs Figura 51 - As alterações nos frames através dos enlaces 64
  65. 65. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Conforme os dados trafegam nos diferentes tipos de enlaces, a tecnologia de camada 2 daquele enlace “encapsula” os dados das camadas superiores, que permanecem dentro dos “envelopes digitais” sem alteração, como pode ser observado na Figura 51. 2.2.1 – Circuitos virtuais Outra forma de comutação de pacotes é através da criação de circuitos virtuais. Nesse caso também não existem recursos dedicados a uma transmissão, e os pacotes individuais de uma comunicação são misturados com outros, de outras fontes. A diferença dessa técnica para a comutação de pacotes pura é que alguns pacotes iniciam um estabelecimento de chamada, chegando ao destinatario e retornando antes de se iniciar a transmissão dos dados. Existe portanto uma conexão. Mas para os usuários finais, é como se existisse um canal permanente, pois uma vez que o caminho esteja estabelecido, todos os pacotes seguem pelo mesmo trajeto. Figura 52 - Circuitos virtuais nas redes comutadas por pacotes • Seção 3 – Atrasos nas redes comutadas Figura 53 - Atrasos em redes de comunicção de dados (Kurose & Ross) -Atraso de Propagação É o tempo necessário para que um bit deixe a interface do transmissor e chegue a interface do receptor. Segundo Einstein, “nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo (3,0 x 108 metros/segundo)". Os sinais de rede sem fio trafegam a uma velocidade um pouco 65
  66. 66. Disciplina de Redes e Comunicação de dados menor do que a velocidade da luz no vácuo. Os sinais de rede em meios de cobre trafegam a uma velocidade no intervalo de 1,9 x 108 m/s a 2,4 x 108 m/s. Os sinais de rede em fibra óptica trafegam a aproximadamente 2,0 x 108 m/s. Genericamente, podemos dizer que os sinais percorrem os meios com uma velocidade entre 2 e 3 x 108 m/s, independente do tipo de sinal e do meio. Atraso de Transmissão É o tempo que uma interface demora para inserir um quadro no meio físico (todos os bits da unidade de informação). Lembre-se que um quadro é também denominado frame, a PDU de camada 2 – ( Figura 9). Tipicamente, o atraso de transmissão pode ser representado por: A=C/T onde: A=atraso de transmissão (seg) C=Comprimento do frame (bits) T=Taxa de transmissão da interface (bps) Exemplo: o atraso de transmissão em uma interface IEEE 802.3u (100 Mbps), para um frame típico de 1518 bytes pode ser calculado como: 1518 bytes*8= 12144 bits A=12144/100.000.000 bits/seg= 0,0012144 segundos ou 1,21 ms Exercicio: a)Calcule o atraso de transmissão para uma interface ATM de 622 Mbps, sabendo que a célula ATM (frame) possui um tamanho de 53 bytes. b) Se o cabeçalho deo ATM é de 5 bytes e do Ethernet é de 18 bytes, calcule o atraso que existiria sem os cabeçalhos. Qual das duas tecnologias tem maior overhead? (Overhead é a sobrecarga do cabeçalho, uma vez que a informação que ele contém não interessa a aplicação ou ao usuário. Ela é usada somente para municiar os protocolos de rede). Considere para o ATM uma taxa de 622 Mbps e para o ethernet 10 Mbps. -Atraso de Enfileiramento O atraso de fila é um dos mais complexos e por isso o mais estudado. Ao contrário dos outros três, o atraso de fila pode variar de um frame para outro. Por exemplo, se uma quantidade de frames chega em uma interface inicialmente livre, o primeiro frame não sofre atraso de fila, pois o primeiro a chegar normalmente é o primeiro a ser processado e repassado. Na verdade existem varios tipos de tratamento para as filas ( Figura 54). O tipo 66
  67. 67. Disciplina de Redes e Comunicação de dados referido denomina-se FIFO (First In, First Out). Os demais frames somente serão processados após o processamento dos antecessores. O tamanho da fila irá depender da taxa de chegada dos frames λ, do tamanho de cada frame (no caso do ethernet, 1518 bytes) e da capacidade do processamento. Figura 54 - Atraso de enfileiramento Quando a taxa de chegada dos frames for maior que a capacidade de processamento, o tempo de espera tende a crescer indefinidadamente. Como os recusos para armazenar as filas dos pacotes são finitos, os pacotes que excedem os recursos são descartados. Do ponto de vista dos sistemas finais, é como se o pacote tivesse entrado na rede de um lado e não emergisse no outro. Na net-pizza, os veículos devem enfrentar as filas também. Imagine que o veículo de entrega chega ao prédio de destino e precisa estacionar para receber uma senha e ser atendido. O estacionamento tem um limite, que corresponde ao limite da fila. Quando excedem a capacidade do estacionamento, são descartados, sem comunicação. O cliente que não recebeu a pizza é quem se responsabiliza pelo aviso. -Processamento É o tempo necessário para a análise do cabeçalho do pacote e encaminhamento para a fila de saída. São veificados também possíveis erros nos bits. O procedimento mais comum na presença de erros é descartar o pacote. Na net-pizza, podemos imaginar que é o tempo necessário para o pessoal da expedição analisar o pedido, verificar os erros possiveis e decidir qual a porta que o veículo vai sair para chegar mais rapidamente ao destino. Seção 4 - Os cabeçalhos das PDUs 67
  68. 68. Disciplina de Redes e Comunicação de dados Os cabeçalhos constituem uma porção das unidades de dados, responsáveis pelas informações necessárias ao funcionamento da camada de protocolo. Pode-se dizer que constituem a parte de sinalização da rede, servindo como orientação aos dispositivos que recebe Os cabeçalhos constituem uma porção das unidades de dados, responsáveis pelas informações necessárias ao funcionamento da camada de protocolo. Pode-se dizer que constituem a parte de sinalização da rede, servindo como orientação aos dispositivos que recebem os pacotes. Você pode imaginar o cabeçalho como o endereçamento de um envelope. Na net-pizza, você pode imaginar o cabeçalho das unidades de dados como as instruções passadas em cada andar da pizzaria. O andar da expedição/recebimento deve endereçar as pizzas que estã saindo. E conferir as encomendas feitas aos fornecedores, encaminhando ao destinatário correto dentro do prédio. Se for material para as coberturas das pizzas, encaminha aos pizzaiolos. Se for madeira para os fornos, manda para o assador. Todas essas instruções estão contidas nos documentos que acompanham as encomendas. Tal documentação corresponde ao cabeçalho das PDUs. 68

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