O documento discute as principais topologias de redes de computadores, incluindo estrela, anel, barra e grafo. Também aborda parâmetros para comparar topologias como confiabilidade, desempenho, custo e possibilidade de expansão. Explica conceitos-chave como comutadores, protocolos e a arquitetura OSI de camadas para redes.

1. Redes de Computadores
PUC -Rio
Departamento de Informática
Luiz Fernando Gomes Soares
lfgs@inf.puc-rio.br
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Topologias
Tele Mídia
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1
1

2. Parâmetros de Comparação
¾ Confiabilidade
¾ Desempenho
¾ Custo
¾ Possibilidade de Expansão
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Topologias
¾ Estrela
¾ Anel
¾ Barra
¾ Grafo
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2
2

3. Grafo
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Totalmente Ligados
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3
3

4. Parcialmente Ligados
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Estrela
Tele Mídia
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4
4

5. Estrela
A B
F C
E D
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Estrela
A B
F C
E D
Tele Mídia
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5
5

6. Comutadores
¾ Os comutadores podem realizar comutação de
circuito, pacote ou comutação rápida de pacote.
¾ Os comutadores que realizam a comutação de pacotes
(rápida ou não), são classificados em:
• store-and forward switch (buffered switch)
– Detecção de erro é realizada antes da transmissão na porta de
saída
• cut-through switch:
– Mensagem passada da porta de entrada à porta de saída logo
que esta possa ser determinada, mesmo antes da chegada do
pacote inteiro pela porta de entrada.
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Estrela
A B
I Confiabilidade
I Desempenho
F C
I Custo
I Possibilidade de
E D Expansão
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6
6

7. Anel
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Anel
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7
7

8. Anel
Interf ace do Anel
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Anel com Repetidor Interno
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8
8

9. Anel com Repetidor Externo
Interf ace do Anel
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Relés de Bypass
Estação Estação
em Falha Ativa
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9
9

10. Anel de Concentradores
Cs ≤ L
Anel Primário
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Concentrador Passivo
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10
10

11. Concentrador Ativo
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Duplo Anel
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11
11

12. Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
Anel Secundário
Repetidor
Anel Primário
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Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
Anel Secundário
Falha
Anel Primário
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12
12

13. Duplo Anel Com Concentradores
Ativos
Anel Secundário
Anel Primário
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Múltiplos Anéis
B B
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13
13

14. Anel
¾ Confiabilidade
¾ Desempenho
¾ Custo
¾ Possibilidade de
Expansão
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Barra
Tele Mídia
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14
14

15. Barra
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Barra Dupla
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15
15

16. Rede em Barra
¾ Ao contrário da topologia em anel, as topologias em barra podem
empregar interfaces passivas, nas quais as falhas não causam a
parada total do sistema.
¾ A ligação ao meio de transmissão é um ponto crítico no projeto de
uma rede local em barra comum. A ligação deve ser feita de forma
a alterar o mínimo possível as características elétricas do meio.
¾ A ligação das estações ao meio de comunicação é realizada através
de um transceptor (transmissor/receptor), que tem como funções
básicas transmitir e receber sinais, bem como reconhecer a
presença destes sinais no meio.
Tr ansc eptor
Z
Z00 Z0
Z
Tele Mídia
T er minador Te rminador
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Expansão da Barra
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16
16

17. Barra-Estrela: HUBS
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Múltiplos Concentradores
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17
17

18. Barra
¾ Confiabilidade
¾ Desempenho
¾ Custo
¾ Possibilidade de
Expansão
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Hubs e Switches
Hub ou Switch
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18
18

19. Múltiplos Comutadores
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Rede em Grafo
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19
19

20. Inter-rede
estações
comutado re s
g ateways
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Inter-rede
¾ M uitas vezes é conveniente dividir esse grafo em
vários sub-grafos, cada um formando uma rede:
• Regras (protocolos) de comunicação diferentes para sub-grafos
diferentes.
– Necessidade de Gateways.
• Divisão em diferentes domínios administrativos gerenciados por
empresas diferentes.
• Facilitar a aplicação de algoritmos em u m gra fo com um grande
número de nós.
– O roteamento é um desses algoritmos. A divisão em domínios
permite um roteamento hierárquico mais eficiente .
• Requisitos de comunicação do interior do grafo são diferentes do
da borda.
– Redes de Acesso
– Redes backbone
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21. Arquiteturas e Protocolos
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Arquitetura de Rede
¾ Os grandes fabricantes desenvolveram soluções
proprietárias para a interconexão de seus
equipamentos
– IBM - System Network Architecture (SNA)
– DEC - Digital Network Architecture (DNA)
¾ Arquitetura de Rede
• conjunto de convenções para interconexão de equipamentos
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22. Organização Hierárquica
¾ Da experiência obtida no projeto de redes, vários
princípios surgiram, dentre eles se destaca a idéia de
estruturar a rede como um conjunto de camadas
hierárquicas, cada uma sendo construída utilizando
as funções e serviços oferecidos pelas camadas
inferiores.
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Arquitetura em Camadas
¾ Princípio do “Dividir para Conquistar”
¾ Facilidade de M odificação
¾ Validação
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23. Arquitetura de Redes
¾ A arquitetura da rede é formada por níveis (ou
camadas), interfaces e protocolos. Cada nível oferece
um conjunto de serviços ao nível superior, usando
funções realizadas no próprio nível e serviços
disponíveis nos níveis inferiores.
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Arquitetura de Redes
¾ O número de camadas, o nome, o conjunto de
funções e serviços, e o protocolo de cada camada
varia de uma arquitetura de rede para outra.
¾ Inicialmente, cada vendedor desenvolveu sua própria
arquitetura de modo que seus computadores
pudessem trocar informações entre si. Essas
arquiteturas são denominadas proprietárias porque
são controladas por uma única entidade: o vendedor.
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24. Interoperabilidade
¾ Para permitir o intercâmbio de informações entre
computadores de fabricantes distintos tornou-se
necessário definir uma arquitetura única, e para garantir
que nenhum fabricante levasse vantagem em relação
aos outros a arquitetura teria que ser aberta e pública.
¾ Foi com esse objetivo que a International Organization
for Standardization (ISO) definiu o modelo
denominado Reference Model for Open Systems
Interconnection (RM -OSI).
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Arquitetura OSI
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25. Arquitetura OSI
¾ Open System Interconection
¾ ISO
¾ Sete camadas funcionais
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Fornecedores e Usuários de Serviço
(N)-service (N)-service protocol (N)-service
entity specification entity
(N-1)-service access point
(N-1)-service provider
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25

26. Fornecedores e Usuários de Serviço
(N)-service (N)-service
user user
(N-1)-service access point
(N-1)-service (N-1)-service protocol (N-1)-service
entity specification entity
(N-2)-service access point
(N-2)-service provider
(N-1)-service provider
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Terminologia RM-OSI
¾ Um serviço representa um conjunto de funções oferecidas a um
usuário por um provedor (fornecedor). O serviço oferecido por
um provedor é acessado por um usuário através de um ponto de
acesso ao serviço (Service Access Point SAP).
Us uário do Usuário do
serviç o (N ) serv iço (N)
pontos de acess o ao s erv iço (N)
E nt idade do p rotocolo d o serviço (N)
Entidade do Camada
serv iço (N) s erviç o (N ) (N)
Fornecedor do serv iço (N)
pontos de acess o ao s erviç o (N -1)
pr otocolo do serviço (N-1 )
Ent idade do Enti dade do Camada
serv iço (N-1) s erviç o (N -1) (N-1)
Fornecedor do s erv iço (N-1)
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27. Tipos de Serviço
¾ Um protocolo pode oferecer serviços de dois tipos:
• Serviços orientados a conexão
• Serviços sem conexão
¾ Como visto anteriormente, na comutação de pacotes
o estabelecimento de conexão antes da troca de dados
não é obrigatória e sim opcional.
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Serviços Orientados a Conexão
O serviço é dividido em três fases de operação:
¾ Estabelecimento da conexão: nessa fase, os usuários e
o fornecedor do serviço negociam parâmetros e
opções que irão determinar o modo como o serviço
será utilizado.
¾ Transferência de dados: nessa fase, os usuários do
serviço trocam dados.
¾ Liberação da conexão: nessa fase, a ligação entre os
usuários é desfeita.
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28. Serviços Não Orientados a Conexão
¾ Unidade de dados são transmitidas do SAP de origem
para um ou mais SAPs de destino, sem que para isso
seja estabelecida uma conexão entre eles.
¾ Toda a informação necessária para transmitir a
unidade de dados (endereço, parâmetros de qualidade
do serviço etc.) é passada para a camada que vai
fornecer o serviço, junto com os dados a serem
transmitidos.
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Perfis Funcionais
¾ Deve ser ressaltado que o RM-OSI, por si só, não define a
arquitetura de uma rede. Isso acontece porque ele não especi fica
com exatidão os serviços e protocolos de cada camada. Ele
simplesmente “ diz o que cada camada deve fazer”.
¾ O fato de dois sistemas distintos seguirem o RM-OSI não
garante que eles possam trocar informações entre si, pois o
modelo permite que sejam usadas diferentes opções de
serviços/protocolos para as várias camadas.
¾ Para que dois sistemas quaisquer possam trocar inform ações é
necess ário que escolham opções compatíveis de
serviço/protocolo para todas as camadas do modelo.
¾ Com o objetivo de definir grupos de opções de
serviços/protocolos padronizados, a ISO elaborou o conceito de
perfis funcionais. Se dois sistemas seguirem o mesmo perfil
funcional eles garantidamente irão comunicar-se, pois nesse
caso as opções de serviço/protocolo adotadas serão compatíveis.
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29. RM-OSI
¾ O RM -OSI propõe uma estrutura com sete níveis
como referência para a arquitetura dos protocolos de
redes de computadores.
Sistema Ab erto Sistema Abe rto
A B
Protocolo do Nível 7
Nível 7 Nível 7
Interface 6/7 Interface 6/7
Protocolo do Nível 6
Nível 6 Nível 6
Interface 5/6 Interface 5/6
Protocolo do Nível 5
Nível 5 Nível 5
Interface 4/5 Interface 4/5
Protocolo do Nível 4
Nível 4 Nível 4
Interface 3/4 Interface 3/4
Protocolo do Nível 3
Nível 3 Nível 3
Interface 2/3 Interface 2/3
Protocolo do Nível 2
Nível 2 Nível 2
Interface 1/2 Interface 1/2
Protocolo do Nível 1
Nível 1 Nível 1
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Modelo OSI
Usuário
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Tele Mídia
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29

30. OSI
IS 3
F
E
R F E R R R E F
ES B
IS 1 R R E F R
E
F
R
E
F Rede
Enlace
Físico
F
E
ES A R
F
E
R F E R R R E F
F E R R R E F
Rede IS 4
Enlace 1 AB
Físico IS 2
3 AB 2 AB Tele Mídia
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OSI
IS 3
F
E
R F E R R R E F
ES B
IS 1 R R E F R
E
F
R
Transporte
E
F Rede
Enlace
Físico
F
E 2 AB
ES A R
F 1 AB
E 3 AB
R F E R R R E F
Transporte F E R R R E F
Rede IS 4
Enlace
Físico IS 2
Tele Mídia
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30

31. Nível de Transporte
¾ O nível de rede não garante necessariamente que um
pacote chegue a seu destino, e pacotes podem ser
perdidos ou mesmo chegar fora da seqüência original de
transmissão. Para fornecer uma comunicação fim a fim
verdadeiramente confiável é necessário um outro nível
de protocolo, que é justamente o nível de transporte.
Esse nível vai isolar dos níveis superiores a parte de
transmissão da rede.
¾ O objetivo principal da camada de transporte é, então,
tornar transparentes para seus usuários possíveis
variações da confiabilidade do serviço fornecido pela
camada de rede.
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Nível de Transporte
¾ Na camada de transporte a comunicação é
verdadeiramente fim a fim, isto é, a entidade da
camada de transporte da máquina de origem se
comunica apenas com a entidade de transporte da
máquina de destino. Isto pode não acontecer nos
níveis físico, de enlace e de rede onde a comunicação
também se dá entre máquinas adjacentes
(intermediários na comunicação) na rede.
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32. Níveis 1 a 4 em uma Rede em Grafo
Sistema Aberto Sistema Aberto
A Protocolo de Aplicação B
Protocolo de Transporte
Transporte Transporte
Rede Rede Rede
Rede Rede
Enlace Enlace Enlace
Enlace Enlace
Físico Físico
Físico Físico Físico
Protocolo de Rede
Protocolo de Enlace Sistemas
Protocolo de Nível Físico Retransmissores
Tele Mídia
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OSI
IS 3
F
E
R F E R R R E F
ES B
IS 1 R R E F R
E
F
R
Transporte
E
F Rede
Enlace
Físico
F
E
ES A R
F
E
R F E R R R E F
Transporte F E R R R E F
Rede IS 4
Enlace
Físico IS 2
¾ Circuito VirtualMídia
Tele
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32

33. OSI
IS 3
F
E
R F E R R R E F
ES B
IS 1 R R E F R Aplicação
Apresentação
E
F Sessão
R
Transporte
E
F Rede
Enlace
Físico
F
E
ES A R
F
Aplicação E
Apresentação R F E R R R E F
Sessão
Transporte F E R R R E F
Rede IS 4
Enlace
Físico IS 2
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Perguntas
¾ Qual a diferença entre um hub e um switch?
¾ Dê duas formas de implementação de um switch, diga suas vantagens e desvantagens,
salientando em que condições são mais favoráveis seus usos.
¾ Faça uma análise da topologia em estrela com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ Por que uma anel tende logicamente a uma barra?
¾ Por que um concentrador único de uma rede em anel funciona como um hub?
¾ Faça uma análise da topologia em anel com relação ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ O que é um hub em uma topologia em barra?
¾ Faça uma análise da topologia em barra com rela ção ao custo, confiabilidade, desempenho e
escalabilidade.
¾ Qual a diferença entre uma topologia física e uma lógica? Dê exemplos.
¾ Por que a A instalação física das redes tem sofrido uma forte tendência na direção da
utilização de hubs?
¾ Podemos dizer que a extensão de uma rede em estrela é uma rede em grafo? Como isto se dá?
¾ Por que é conveniente a divisão de uma grande rede em vária redes menores interligadas?
Qual o nome que se dá às estações responsáveis pela interligação dessas redes?
Tele Mídia
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34. Perguntas
¾ O que são serviços orientados a conexão e serviços sem conexão?
¾ Faz sentido um serviço orientado a conexão em uma rede comutada
por pacotes?
¾ Como pode haver uma serviço orientado a conexão em uma rede
onde os pacotes podem seguir caminhos diferentes na rede?
¾ Quais os serviços obrigatórios de cada camada do modelo ISO-
OSI?
¾ Se duas redes seguem o modelo OSI elas obrigatoriamente são
interoperáveis? Por que? O que são perfis funcionais?
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Transmissão de Dados no Modelo OSI
Usuário Usuário
Transmissor Dados Dados Receptor
Aplicação A Dados ADados Aplicação
Apresentação A A Dados A A Dados Apresentação
Sessão S A A Dados S A A Dados Sessão
Transporte T S A A Dados T S A A Dados Transporte
Rede R T S A A Dados R T S A A Dados Rede
Enlace E R T S A A Dados E E R T S A A Dados E Enlace
Físico F E R T S A A Dados E F F E R T S A A Dados E F Físico
Tele Mídia
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34

35. Implementações das Camadas OSI
Usuário
X-400
Aplicação ISO 8571 - FTAM
Apresentação ISO Presentation 8823
LU 6.2
Sessão ISO Session 8327
TCP
Transporte ISO8073-TP4
{
IP
X-25 Nível 3 Rede ISO 8473
X-25 HDLC
LAP B Enlace SDLC
X-21 RS-232C
Físico RS-488
V-28
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Arquitetura Internet
men sage m
Host A idê ntica Host B
Aplic açã o Aplica ção
pa cote
idê ntico
T ra nsporte Transporte
Gateway
Inte r-rede da ta grama datag rama Inter-re de
Inter-rede
id êntico idê ntico
Inte rfac e de In terfac e d e In terface d e Interface de
Rede Re de R ede Re de
q uad ro q ua dro
id ên ti co i dên tico
Rede Físic a 1 Rede Física 2
Intra-rede Intra-rede
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35

36. Arquitetura OSI e Internet
Arquitetura OSI Arquitetura Internet
Aplicação
Apresentação Aplicação
Sessão
Transporte Transporte
Rede Inter-rede
Interface de Rede
Enlace Intra-rede
Físico
Tele Mídia
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Arquiteturas e Protocolos
Tele Mídia
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37. Nível Físico
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Nível Físico
¾ O nível físico fornece as caract erísticas mecânicas, elétricas,
funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões
físicas para a transmissão de bits entre entidades de nível de enlace
(ou ligação), possivelmente através de sistemas intermediários.
¾ O protocolo de nível físico dedica-se à transmissão de uma cadeia de
bits. Ao projetista desse protocolo cabe decidir como repres entar 0's e
1's, quantos microssegundos durará um bit (intervalo de sinalização),
se a transmissão será hal f-duplex ou full-duplex, como a conexão será
estabelecida e desfeita, quantos pinos terá o conector da rede e quais
seus significados, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos.
¾ A função do nível físico é permitir o envio de uma cadeia de bits pela
rede sem se preocupar com o seu significado ou com a forma como
esses bits são agrupados. Não é função desse nível tratar de
problemas tais como erros de transmissão.
Tele Mídia
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37

38. Banda Passante
¾ Ainda no século XIX, um famoso matemático francês
chamado Jean Fourier provou que qualquer sinal
periódico, expresso como uma função do tempo g(t),
com período T0, pode ser considerado como uma
soma (possivelmente infinita) de senos e cossenos de
diversas freqüências.
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1 ∞ ∞
g (t ) = a0 + ∑ a n sen (2πnft) + ∑ bn cos (2πnft)
2 n =1 n =1
ou
c0 ∞
g (t ) = + ∑ c n cos( 2πnft + θ n )
2 n=1
Tele Mídia
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38

39. RESUMINDO
¾ Todo e qualquer sinal pode ser decomposto através de
uma soma (finita ou infinita) de ondas cossenoidais.
¾ Representar um sinal no domínio do tempo é
representar o valor da amplitude do sinal para cada
instante do tempo
¾ Representar um sinal no domínio da frequência é
representar a amplitude de cada onda cossenoidal que
compõe o sinal, ou seja, representar o seu espectro de
frequência.
Tele Mídia
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Banda Passante
¾ Denomina-se banda passante de um sinal o intervalo
de freqüências que compõem este sinal.
¾ A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua
banda passante (ou seja, a diferença entre a maior e a
menor freqüência que compõem o sinal).
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
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39

40. Banda Passante e Largura de Banda de
um Sinal
¾ Banda de Frequências (Banda Passante)
• Intervalo de frequências que compõe o sinal
– Ex.: um sinal digital temuma banda de frequências
0 , +∞
¾ Largura de Banda
• Diferença da maior para a menor frequência da banda do sinal
– Ex.: um sinal digital temlargura de banda infinita.
Tele Mídia
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Distorção de Frequência
¾ Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem
que hajam perdas de energia durante o processo.
¾ Perdas de energia signifi cam reduções na amplitude de sinais
componentes.
¾ Se todos os sinais componentes fossem igualmente reduzidos em
amplitude, o sinal resultante seria todo reduzido em amplitude,
mas não distorcido.
¾ Infelizmente, a característica dos meios de transmissão é a de
provocar perdas nos diversos sinais componentes em diferentes
proporções, provocando a distorção do sinal resultante
transmitido.
Tele Mídia
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40

41. Banda Passante
Transmissor Receptor
Banda Banda
Passante do Passante do
Transmissor Receptor
Banda
Passante do
Meio
Tele Mídia
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Banda Passante do Meio Físico
¾ Chamaremos banda passante do meio físico àquela
faixa de freqüências que permanece praticamente
preservada pelo meio.
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
41
41

42. Banda Passante Necessária
¾ No caso de transmissão de sinais digitais, torna-se
interessante definir a banda passante necessária como
a largura de banda mínima capaz de garantir que o
receptor ainda recupere a informação digital
originalmente transmitida.
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
0. 6
0. 3
H
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
a
0. 6
r
0. 3
m
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
ô
0. 6
n
0. 3
i
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
c
0. 6
o
0. 3
s
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0. 6
0. 3
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tele Mídia
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42

43. Recuperação do Sinal Digital
Transmissor Receptor
Transmissão
T
T T
Intervalos de sinalização Instantes de amostragem Sinal recuperado
Tele Mídia
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Relação entre Banda Passante e Taxa de
Transmissão
0 1 0
X
X X
0 - 400 MHz ⇔ 10 Mbps
X
X
X
0 1 0
0 - 400 MHz ⇔ 100 Mbps
0
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
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43

44. Modulação
Tele Mídia
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Utilização da Banda Passante Meio de
Transmissão
0 40 400
“Desperdício”
Como melhorar a utilização do meio de transmissão ?
Tele Mídia
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44
44

45. Utilização da Banda Passante do Meio
de Transmissão
0 40 80 160 400
C0 C1 C2
Tele Mídia
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Multiplexação na Frequência
Tele Mídia
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45

46. Multiplexação por
Divisão da Frequência
F1
F2
F3
F4
Tele Mídia
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MODEM
MODEM
T1 R1 T2 R2
Modulador Filtro Modulador Filtro
Filtro Demodulador Filtro Demodulador
f1 f2
Tele Mídia
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46
46

47. Comutação na Frequência
Tele Mídia
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Comutação na Frequência
Canal 3
Comutador Canal 12
Tele Mídia
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47

48. Multiplexação no Tempo
Tele Mídia
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Multiplexação no Tempo
A
B
Para computador remoto
C
D
Dados Banda Desperdiçada
I Multiplexação Síncrona
(TDM) A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
(synchronous Time
Division Multiplexing) Primeiro Ciclo Segundo Ciclo
T
A1: Canal Dedicado Ponto-a-Ponto
B1: Canal Chav eado Ponto-a-Ponto
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
48
48

49. Mutiplexação
¾ No tempo (TDM ):
• Síncrona (STDM):
– O tempo é dividido em ciclos de tamanho (bits) fixo, que se
repetemao longo do tempo.
– O ciclo é dividido em segmentos de tamanho fixo, de acordo
com sua posição
– O canal é formado por uma seqüência de segmentos:
– A alocação do canal pode ser estática ou dinâmica
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Comutação Síncrona no Tempo
Tele Mídia
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49

50. Comutação no STM
Canal 3
125 µ s
Comutador Canal 12
Quadro
STM
125 µ s
Quadro
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Comutação de Circuitos
¾ Chaveamento por Divisão Espacial
• (Space Division Switching - SDS)
– Cada nó fecha um circuito físico entre entrada e saída
¾ Chaveamento por Divisão da Frequência
• (Frequency Division Switching - FDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequência de canais de frequência
¾ Chaveamento por Divisão do Tempo
• (Time Division Switching - TDS)
– Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha
de saída
– O circuito formado pelos nós é uma sequencia de canais em linhas TDM síncronas
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50
50

51. Multiplexação Assíncrona
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TDM Assíncrono
t1 t2
A
B
Para o Meio F ísico
C
D
A1 B1 B2 C2
Cabeçalho Capacidade Extra Dispo nível
T
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51
51

52. Comutação de Pacotes
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Comutação de Pacotes
Comutador
STM
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52

53. Meios de Transmissão
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Par Trançado
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53
53

54. Par Trançado
¾ Dois fios metálicos (em geral de cobre) enrolados em
espiral
• trançado: tende a manter constante as propriedades elétricas ao
longo do caminho de transmissão
• melhor desempenho que umpar emparalelo para distâncias grandes
¾ Propriedades dependem do diâmetro e da qualidade
dos fios utilizados
• taxas de transmissão podem chegar a alguns poucos megabits por
segundo, dependendo da distância entre os extremos
• bastante susceptível a ruídos (BLINDAGEM)
• menor custo por comprimento
• alta maleabilidade - facilidade de instalação
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Par Trançado
Unshielded Twisted Pair
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54

55. Par Trançado Blindado
Shielded Twisted Pair
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Conector RJ-45
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55
55

56. Conector Token-Ring
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Cabo Coaxial
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57. Cabo Coaxial
¾ Condutor cilíndrico interno circundado por tubo metálico
(separados por material dielétrico)
• condutor interno: em geral de cobre
• tubo metálico: blindagem eletrostática
• material dielétrico: ar seco ou plástico
¾ Popular em TV a cabo
¾ Suporta taxas de transmissão mais altas que o par trançado, para
uma mesma distância
• alcança, tipicamante, 10 Mbps em distancias da ordem de 1 Km
¾ Boa imunidade a ruído
¾ Custo por comprimento maior que o do par trançado
¾ Menor maleabilidade que o par trançado - mais difícil de
instalação
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Cabo Coaxial Grosso
(Thick Coaxial Cable)
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57
57

58. Cabo Coaxial Fino
(Thin Coaxial Cable)
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Conector BNC
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58
58

59. Conector BNC T
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Fibra Ótica
Tele Mídia
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59

60. Fibra Ótica
¾ Filamento de sílica
¾ Atenuação não depende da frequência
• permite taxas altíssimas
– 16 Gbps (em laboratório)
¾ Imune a interferências eletromagnéticas
¾ Isolamento completo entre transmissor e receptor
¾ Custo por comprimento mais elevado
¾ Ligações complicadas
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Fibra Ótica
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60
60

61. Conectores ST
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Fibra Ótica
Fibra Ótica
Modulador Amplificador
Sensor ótico Detetor
Fonte de luz
Sinais Elétricos Sinais Óticos Sinais Elétricos
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61

62. Fibra Ótica
¾ Diodo Emissor de Luz
(Light Emitting Diode - LED)
• atinge taxas da ordemde 150 Mbps
• potênciasuficiente para o sinal se propagar de
10 a 15 Kmsemrepetidores
¾ Laser
• monocromático
• coerente (ondas alinhadas emfase)
• intensidade alta
• raios paralelos
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Fibra Ótica
¾ M onomodo
Diferentes índices
de refração
5
µm
75
µm
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62
62

63. Fibra Ótica
¾ M ultimodo
Diferentes índices
de refração
50 µm
100 µm
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Fibra Ótica
¾ M ultimodo com Índice Gradual
100
µm
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63

64. Codificação e Transmissão de
Informação
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Transmissão
¾ O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
¾ Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequênci a maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
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65. Transmissão Serial Assíncrona
Stop Parity
Start Start
1 0 1 0 0 1 1
Transmissão serial
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Transmissão
¾ O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser
sincronizadas (terem seus relógios ajustados em frequência e fase)
¾ Como sincronizar ?
1) enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor
2) obrigar o circuito receptor a trabalhar com uma frequênci a maior que
a do transmissor
3) enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal
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65

66. Código Manchester
Onda de Relógio
Bits 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
Sinal NRZ
Manchester
• bit “1” - transição positiva (subida) no meio do intervalo desinalização do
bit
• bit “0” - transição negativa (descida) no meio do intervalo de sinalização
do bit
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Codificação Manchester
¾ Sincronismo entre transmissor e receptor
¾ Detecção de portadora
¾ Detecção de colisão
¾ Transmissão de quatro símbolos
• “0”
• “1”
• “J”
• “K”
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67. Perguntas
¾ O que é uma transmissão simplex, half-duplex e full-duplex? Dê duas
formas de implementação de uma comunicação full duplex.
¾ O que é uma ligação ponto-a-ponto e multiponto?
¾ O que é representar um sinal no domínio do tempo? E no domínio da
frequência?
¾ O que é banda passante e largura de banda de umsinal? Qual a largura de
banda de umsinal digital?
¾ O que é banda passante necessária de umsinal?
¾ Qual a diferença entre sinal e informação?
¾ Um sinal pode ser deformado semque se perca informação? Dê exemplo?
¾ Por que um meio físico de alta velocidade é chamado de meio de banda
larga?
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Perguntas
¾ O que é modulação? Qual a diferença para a multiplexação de frequência?
¾ O que é multiplexação no tempo?
¾ O que é multiplexação síncrona e assíncrona?
¾ Qual a diferença entre TDM e TDMA?
¾ Qula a diferença entre FDM e FDMA?
¾ O que é comutação? O que é comutação na frequência e no tempo?
¾ O que é um comutador síncrono e assíncrono no tempo? Em que tipos de redes são utilizados?
Quais as multiplexações são utilizadas em suas linhas?
¾ O que são as hierarquias plessiócronas?
¾ Qual a diferença entre uma fibra monomodo, multimodo e multimodo com índice gradual?
¾ Para que serve a codificação manchester? Como através dela é possível realizar a detecção de
portadora e a detecção de colisão? Pode existir colisão em ligação ponto-a-ponto? Por que a
codificação manchester é chamada dibit?
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67

68. Perguntas
¾ Considere um sinal analógico cujo espectro é ilustrado na figura abaixo
Ampli tud e d o s Sina is Co mpo nen te s
Amax
Amax
2
F reqü ên cia (Hz)
500 10 00 1500 20 00 250 0 3 000 350 0
Se considerarmos que a banda passante necessária para manter uma boa
qualidade desse sinal (definida por uma determinada aplicação) corresponde à
faixa na qual a amplitude das componentes permanece maior ou igual a maior
amplitude de todas as componentes (Amax) dividida por , pergunta-se:
• Utilizando FDM em um meio físico cuja banda passante vai de 800 kHz a 900 kHz,
quantos canais do sinal acima podem ser acomodados considerando que é necessário
inserir bandas de guarda (bandas entre canais) de 500 Hz ?
• Considerando o mesmo meio físico da questão a), quais serão as faixas de freqüência
que os filtros de cada canal deverá atuar?
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Nível de Enlace
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68

69. Camada de Enlace
¾ Delimitação e transmissão de quadros
Aplicação
¾ Detecção de erros
Apresentação
Sessão ¾ Controle de Acesso
Transporte
¾ Correção de erros que por ventura ocorram
Rede no nível físico (opcional)
Enlace
¾ Controle de fluxo (opcional)
Físico
¾ Multiplexação (opcional)
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Delimitação de Quadros
Para cri ar e reconhecer os limites dos quadros são usados
basicamente cinco métodos.
¾ Contagem de caracteres
¾ Transparência de caracteres
¾ Transparência de bits
¾ Violação de código
¾ Caça ao cabeçalho
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70. Contagem de Caracter
¾ Na contagem de caracteres, um campo no cabeçalho inform a o
número de caracteres do quadro.
¾ Supondo que um quadro vem logo a seguir a outro, fica assim
determinado o fim de um quadro e o início de outro.
¾ Para delinear o primeiro quadro ou resincronizar a delimitação,
pode ser utilizado, por exemplo, o quinto método: “ caçada do
cabeçalho”.
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Transparência de Caracteres
¾ A transparência de caracteres baseia-se na utilização
de caracteres delimitadores. O método utiliza caracteres
especiais para indicar o início e o final do quadro.
¾ O problema dessa abordagem é que os caracteres
delimitadores podem aparecer entre os dados
transmitidos no quadro. Para contornar esse problema,
toda vez que um delimitador aparece nos dados, é
inserido (stuffed) antes dele um outro caracter especial.
Quando o destinatário recebe um delimitador precedido
do caracter especial ele conclui que, nesse caso, o
caracter delimitador faz parte dos dados do quadro.
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70

71. Transparência de Bits
¾ Transparência de bits (bit stuffing) utiliza seqüências especiais
de bits, denominadas flags, para delimitar os quadros. Para
evitar que ocorrências da seqüência delimitadora nos dados
sejam interpretadas incorretamente, bits adicionais são
acrescent ados aos dados, de forma semelhante à transparência de
caracteres.
¾ O protocolo HDLC utiliza essa técnica e usa o padrão 01111110
como delimitador. Sempre que o transmissor encontra seis bits
consecutivos iguais a 1 nos dados que vai transmitir, ele insere
(stuffs) um bit 0 na cadeia de bits. Quando o receptor encontra
seis bits 1 consecutivos, seguidos de um bit 0, ele
automaticamente retira (destuffs) o bit 0.
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Violação de Códigos
¾ O quarto método baseia-se na violação de códigos do nível físico.
¾ Esse método só pode ser usado em redes cuja codificação dos bits
no meio físico possui alguma forma de redundância.
¾ Por exemplo, na codificação Manchester (utilizado nas redes
Ethernet e token ring) o bit 0 é codificado por uma transição
negativa no sinal, e o bit 1 por uma transição positiva. Os símbolos
onde não há transi ção (J e K) não são us ados para representar
dados, podendo ser então utilizados para delimitar os quadros.
¾ Outros exemplos de utilização da violação de códigos podem ser
encontrados nos códigos blocados 4 entre 5 (utilizado nas redes
FDDI e ATM) e 8 entre 10 (utilizado nas redes Fiberchannel e
ATM)
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71

72. Codificação 4 entre 5
Símbolo Valor (5bits)
Símbolos de Dados
0000 11110
0001 01001
0010 10100
0011 10101
0100 01010
0101 01011
0110 01110
0111 01111
1000 10010
1001 10011
1010 10110
1011 10111
1100 11010
1101 11011
1110 11100
1111 11101
Símbolos de Controle
Quiet 00000
Idle 11111
Halt 00100
J 11000
K 10001
T 01101
Control Reset 00111
Control Set 11001
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Codificação NRZI
Relógio
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
Bits
NRZ
Manchester
NRZI
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73. Caça ao Cabeçalho
¾ Neste método, o cabeçalho do quadro é terminado com um campo
para detecção de erro, denominado HEC (header error check).
¾ Inicialmente, no estado de caça (HUNT), o quadro é monitorado
bit a bit, através de uma janela de tamanho igual ao tamanho do
cabeçalho, incluindo o campo HEC). A cada entrada de um bit do
quadro nessa janela, a corretude do “suposto cabeçalho” é
veri ficada (at ravés do “ suposto HEC”). Quando uma seqüência
correta é detectada o início do quadro está delimitado.
¾ Seu final pode ser delimitado, ou pelo quadro ter um tamanho fixo
que se sabe a priori (como é o caso da utilização desse método em
redes ATM), por contagem de caracteres, ou por um outro método
qualquer.
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Técnicas de Detecção de Erro
¾ Paridade
¾ Checksum
¾ CRC
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73

74. Formato do Pacote
SD Destino Origem Informação FCS ED
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Controle de Acesso
¾ Cabe ao nível de enlace disciplinar o acesso ao meio. Este controle
pode ser centralizado ou distribuído.
¾ No controle centralizado, uma máquina fica responsável pelo controle
do acesso (estação primária), que é por ela gerenciado através do
envio de um quadro poll perguntando se cada uma das outras
máquinas (estações secundári as) possui dados a transmitir (lembre-se
que a ligação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto. Em caso positivo
a estação secundária transmite seus dados após receber o quadro poll.
¾ No controle distribuído as estações são consideradas logicamente
iguais tendo o mesmo direito de acesso ao enlace. Nesse modo de
operação todas as estações são responsáveis pelo controle de acesso
ao meio físico.
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74

75. Multiplexação x Acesso
¾ FDM
• FDMA
¾ TDM
• TDMA
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Alguns exemplos de protocolos de
acesso (M)
¾ Centralizado
• Modo de resposta normal do protocolo HDLC [ISO 84a, ISO 84b, ISO
84c].
¾ Distribuído:
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.3: CSMA/
CD (usado nas redes Ethernet)
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.4: token bus
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.5: token ring
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão IEEE 802.6: DQDB
• subcamada Medium Access Control (MAC) do padrão ANSI X3T9: FDDI
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75
75

76. Protocolos de Acesso ao
Meio
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Características dos Protocolos
¾ Capacidade
¾ Estabilidade em sobrecarga
¾ Justiça (“fairness”)
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
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77. Protocolos de Acesso
Baseados em Contenção
Tele Mídia
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Aloha
Tele Mídia
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77

78. Aloha
Timeout + Backoff
Transmissor 2
Tempo
T1 T2 R1
R2
Tele Mídia
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Aloha
¾ Capacidade
• Aloha 18%
¾ Equidade
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
¾ Estabilidade em sobrecarga
Tele Mídia
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78
78

79. Slotted Aloha
Tempo
T1 T2
Tele Mídia
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Aloha X Slotted-Aloha
Aloha
T1
Tempo ocioso
Slotted-Aloha
T1
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
79
79

80. Aloha X Slotted-Aloha
Tempo de Desperdício
Aloha
Tempo de Desperdício
Slotted-Aloha
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
Aloha
¾ Capacidade
• Aloha 18%
• Sloted Aloha 36%
¾ Equidade
¾ Prioridade
¾ Retardo de transferência
¾ Estabilidade em sobrecarga
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
80
80

81. CSMA
(Carrier Sense Multiple Access)
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
CSMA
Tempo
T1 T2
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
81
81

82. CSMA
Timeout + Backoff
Transmissor 2
Tempo
T1
T2 R2 R2
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
CSMA
Estação Ativa
Meio Livre?
Não
Sim
Retardo Aleatório Transmite
Colisão? Não
Sim
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
82
82

83. IEEE 802.11 – CSMA/CA
Quero Transmitir
Esperar um tempo
aleatório
O meio está livre?
Não Não
Não
Esperar um tempo O meio ainda está
aleatório livre? O ACK chegou?
Sim Transmitir
Sim
Fim
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
CSMA/CD
Colisão
Tempo
T1
T2
T3
Tele Mídia
PUC-Rio / DI
83
83