1.1 Introdução. Sistemas de Comunicação

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1 Capítulo 01 REC- Redes de Computadores Fabiano Baldo 1.1 Introdução 1.2 Sistemas de Comunicação Meios de Transmissão 1.6 Codificação de Dados Capítulo I Sistemas de Comunicação Nível 7-Aplicação Interface user Telnet, HTTP Nível 6- Apresentação Nível 5-Sessão Como os dados são apresentados: Criptografia. Mantêm os dados separados de aplicativos diferentes JPEG, ASCII... Sistema operacional, e acesso a aplicativos Nível 4-Transporte Entrega confiável ou não. TCP, UDP, SPX Nível 3- Rede Endereçamento lógico IP, IPX Nível 2-Enlace Nível 1 - Fisico Combinação de bits em bytes, e de bytes em frames. Detecção e não recuperação de erros Movimento de bits entre dispositivos, especificaçào elétrica (voltagem pinagem,...) 802.3, 802.2, HDLC EIA/TIA, V.35, G Sistemas de Comunicação Sistemas de Comunicação Redes Convergentes 1

2 Sistemas de Comunicação Sistemas de Comunicação As redes de computadores são um conjunto de dispositivos ou nós conectados por um meio de comunicação, que é caracterizada pelo: Tipo de Conexão Topologia da Interconexão Distância Geográfica Redes Geograficamente Distribuídas : WANs- Wide Area Networks. Redes Locais: LANs - Local larea Networks. Redes Metropolitanas: MANs MANs -. Metropolitan Area Networks. Outras: SANs SANs - Storage Area Networks. CANs CANs - Campus Area Networks. Sistemas de Comunicação Tipos de topologia WAN: Redes totalmente ligadas; Redes parcialmente ligadas; Exemplos: Sistemas de Comunicação Comutação de Circuitos x Comutação de Pacotes: Comutação de Circuitos: Fases: 1.) Estabelecimento da comunicação; 2.) Transferência da Informação; 3.) Desconexão. Exemplificar utilizando o diagrama como função do tempo Sistemas de Comunicação Comutação de Circuito: Necessidade de estabelecimento e rompimento de conexões de conexões roteamento apenas no momento do estabelecimento da conexão endereçamento necessário apenas para o estabelecimento da conexão Estabelecimento e Rompimento de conexões são conhecidos como procedimentos de sinalização Um canal permanece dedicado durante todo o tempo da conexão Conexão = chamada = ligação Conexão = chamada = ligação Retardo de transferência das informações através da conexão é constante. Pergunta: É uma boa opção para transporte de dados convencionais entre computadores Sistemas de Comunicação No caso da rede estar trafegando dados convencionais, uma alternativa a comutação de circuitos é a tecnologia baseada na comutação de pacotes: Na comutação por pacotes o objetivo principal consiste em compartilhar o meio. A informação a ser transmitida é dividida em pacotes, e a rede possui nós intermediários Os nós intermediários armazenam e processam os pacotes de dados 2

3 Sistemas de Comunicação Sistemas de Comunicação Comutação de Pacotes: Não há necessidade do estabelecimento e nem de desconexão; Canal Compartilhado; Endereçamento necessário em todos os pacotes; A rota pode ser alterada durante ao longo da transmissão; O atraso é igual ao tempo de propagação no meio, somado aos tempos de enfileiramento, de espera na fila e de processamento em cada nó. Sistemas de Comunicação A comutação por pacotes pode ser baseada em: Sistemas de Comunicação Tráfego contínuo versus tráfego de dados convencional: O tráfego Contínuo é aquele em que os dados são produzidos continuamente. Ex: tráfego de vídeo; O tráfego da dados convencional ( transferência de arquivos, correio eletrônico, emuladores de terminal, ) são dados produzidos em rajadas, e portanto, utilizar a comutação de circuitos representa um desperdício de recurso. Sistemas de Comunicação Pergunta: A comutação de pacotes é uma tecnologia adequada para aplicações sensíveis à atrasos? Sistemas de Comunicação Exemplos de Redes Geograficamente distribuídas; Comunicação via enlaces terrestres ( rádio, fibra óptica, cabos metálicos), ou satelital; Custo alto de comunicação; 3

4 Sistemas de Comunicação Redes Locais (LANs) e Metropolitanas (MANs): As topologias podem ser: Barra; Anel; Estrela; Sistemas de Comunicação Resumindo... Componentes de um sistema de comunicação: Mensagem: Informação ou dado a ser transmitido. Os Dados são caracteres, c es, números, vídeo, ou uma combinação desses. Transmissor / Receptor Meio Protocolo: conjunto de regras que realizam a comunicação de dados Sistemas de Comunicação Sistemas de Comunicação Sistemas de Comunicação 1.2 4

5 Os principais componentes de um enlace físico de transmissão de dados são: OC Codificador d de Canal; Meio de comunicação; Transceptor. Características de uma conexão física Quanto ao sentido de transmissão Quanto ao modo de transmissão Quanto a cadência da transmissão Quanto a sua utilização Tipo Simplex, Half-Duplex, Duplex Serial, Paralelo Q d d S i l P l l Síncrona, Assíncrona Dedicada, Partilhada Quanto a estrutura de transmissão Estruturada, Não estruturada Cadência de Transmissão: Cadência de Transmissão : Transmissão Assíncrona: Cadência de Transmissão: 5

6 Quanto a estrutura de Transmissão: Estruturado: : Os enlaces físicos estruturados, encontram-se principalmente em subsistemas físicos inteligentes, como nos backbones de telecomunicações digitais públicos como o PDH ( 34 Mbps) e o SDH ( 155 Mbps). Em enlaces físicos estruturados, o meio é cadenciado continuamente segundo os quadros de transporte que são transmitidos de forma contínua. Os dados ou pacotes a serem transportados são encapsulados. Se não houver dados a serem transportados, a estrutura dos módulos vazia continuará sendo transmitida pelo enlace físico. Não-estruturado: Neste caso, os pacotes são transmitidos de forma solta no tempo, por isto, os pacotes possuem no cabeçalho um preâmbulo de sincronismo para facilitar a recuperação do sincronismo de bit e de byte do receptor. Um exemplo típico de enlaces não estruturados são os segmentos de redes locais. Sinal analógico e Digital Sinal Analógico Contínuo ao longo do tempo Sinal Digital Alterna de nível ao longo do tempo Sinal periódico O padrão se repete ao longo do tempo Sinal aperiódico O padrão não se repete ao longo do tempo. Sinal Periódico Sinal contínuo ( onda ) Amplitude (A) Vide slide anterior medido em volts Frequencia (f) Corresponde a taxa de mudança do sinal Medido em Hertz por segundo Periodo = tempo de uma repetição T = 1/f Fase (φ) Posição relativa no tempo 6

7 Comprimento de onda (wave length): Corresponde a distância ocupada por um ciclo Corresponde a distância entre dois pontos em dois ciclos consecutivos. λ Considerando v como a velocidade do sinal λ = vt λf f = v c = 3*10 8 ms - 1 (velocidade da luz) Largura de banda versus taxa de Transmissão de dados ( vide capítulo livro do Stalling) Dado: Informação a ser transmitida Sinal: representação elétrica do dado Transmissão: envolve a propagação e o processamentos de sinais. O dado pode ser propagado ( sinal ) de duas maneiras: Analógica e Digital Analógica Varia continuamente ao longo da transmissão Digital Utiliza dois componentes DC Dado Analógico Valor contínuo dentro de um determinado intervalo de tempo. Exemplo: Som e Vídeo Dado Digital Valores discretos. Exemplo: texto (vide tabela de conversão de caracteres) Transmissão Digital: Mais barata ($$$) Menos suscetível à ruído Grande atenuação o tamanho do pulso diminui ao longo do tempo 7

8 Normalmente utiliza-se sinal digital para dado digital, e sinal analógico para dado analógico Pode-se utilizar sinal analógico para transportar dado digital Modem Pode-se também utilizar sinal digital para transportar dado analógico Nível Físico Relembrando...Codificação e transmissão: 8

9 Codificação de um sinal: A informação pode ser representada através dos símbolos de um alfabeto. Estes símbolos, por sua vez, podem ser representados através de uma combinação de dígitos binários. Por exemplo, a cada 8 bits, podemos representar um símbolo ou caracter, totalizando 256 caracteres diferentes. A representação elétrica dos dígitos binários ( zero e um) pode ser feita através de uma função discreta de tensão e(t), com somente dois valores, um para o dígito binário e o outro par ao dígito um. Este código é conhecido como NRZ ( Non-return-to- Zero) e é largamente empregado na representação elétrica da informação nos circuitos internos dos computadores. A associação dos dígitos binários da informação à pulsos elétricos, pode ser feita segundo diferentes modelos de formação de código, e diferentes tipos de pulso, ou seja, pode-se codificar uma informação de várias maneiras distintas. Em qualquer uma das técnicas de codificação de sinal, a informação uma vez codificada pode ser transmitida diretamente através de um meio de transmissão. Neste caso, denomina-se como transmissão de dados em banda-base. base. A função principal de um transceptor banda base, consiste em codificar e decodificar os dados. Por exemplo, o transceptor 10BaseT, utilizado em redes locais, é um tipo de transceptor em banda base. Na figura abaixo são apresentados alguns códigos banda base ( ref: Data and Computer communcations). Por exemplo, o código manchester diferencial é de dois níveis, pois codifica somente a transição do sinal entre dois níveis de tensão. São empregados em redes locais como o padrão ethernet. 9

10 Sistemas de transmissão em banda base são simples, e são utilizados sempre que temos um meio físico inteiramente a nossa disposição para uma determinada aplicação. Nível Físico Codificação e transmissão em banda básica: Fundamentos Sistemas de Comunicação Código Manchester: Fundamentos Sistemas de Comunicação Código Manchester Diferencial: Porém, nem sempre a banda passante do canal a ser utilizada para transmissão da informação está localizada próxima da origem do espectro de frequência. Muitas vezes, a banda do canal é definida em regiões do espectro de frequência, que está bem longe da origem. Neste caso, é necessário deslocar o espectro banda base, para a região do espectro de frequência que corresponda à banda do canal a ser ocupado. Este processo de transmissão de dados é realizado através da modulação de uma portadora. 10

11 No processo de transmissão de dados por modulação de uma portadora,, há o deslocamento do espectro da codificação de dados em banda base, para um novo eixo de simetria. O processo de modulação é realizado em duas etapas, que são: primeira etapa: : Inicialmente é realizada a codificação banda base da informação, segundo um código NRZ. Segunda etapa: : Os pulsos elétricos da codificação banda base da informação são modulados, ou transportados para uma outra frequência. A modulação pode ser realizada de três maneiras: Amplitude, frequencia e fase. Técnicas de Modulação: Processo de Comunicação: Codificação e Transmissão: Informação Analógica com transmissão Digital. Por exemplo: Digitalização das Centrais de telefonia 11

12 Taxa de Transmissão no acesso ao provedor: Taxa de Transmissão no acesso ao provedor: Taxa de transmissão no acesso ao provedor: Taxa de transmissão no acesso ao provedor: Nível Físico Taxa de transmissão de acesso ao provedor: Nível Físico Taxa de transmissão de acesso ao provedor: 12

13 Fundamentos da transmissão de Dados Multiplexação: : É uma técnica que permite partilhar fisicamente um meio de comunicação entre diversas conexões independentes e simultâneas. De forma Distribuída: : FDMA ( Acesso Múltiplo por divisão Frequencia ) De forma centralizada: : TDM ( multiplexação por divisão no tempo) Multiplexação versus Acessos Múltiplos: 13

14 Fundamentos da transmissão de Dados Utilização da Banda Passante do Meio A disponibilidade de banda para comunicação pode ser caracterizado por duas dimensões: Capacidade máxima de transmissão do meio: : que é medida em Bits/s; Banda passante do meio: : que é medida em Hz. A multiplexação consiste em dividir, ou a capacidade de transmissão (bits/s), ou a banda passante (hz) deste meio em porções menores, e desta forma, obter canais lógicos menores. O canal lógico é portanto uma entidade física, e não deve ser confundido com o conceito de circuito virtual, ou canal virtual do nível de redes. Exsitem várias técnicas de multiplexação: Multiplexação na frequência: 14

15 Multiplexação na frequência ( FDM): Multiplexação na frequência ( FDM): FDM: Multiplexação na frequência: FDM: Multiplexação na frequência FDM: Rede Telefônica e Acesso xdsl: xdsl: Arquitetura 15

16 FDM: ADSL FDM: ADSL FDM: Linha de Assinantes de Telefonia Convencional Exemplo de FDMA: Acesso a Internet: Fundamentos da Transmissão de Dados WDM: TDM-Multiplexação Multiplexação por Divisão no tempo: São amostrados ciclicamente os diversos canais tributários, e em cada amostragem é recolhida uma fatia do sinal, que são representados por um conjunto de bits. Um quadro agregado contêm uma fatia de sinal de todos os canais tributários, e é formado em um ciclo de amostragem. 16

17 TDM-Multiplexação Multiplexação por Divisão no tempo: Multiplexação por divisão do Tempo: Em um TDM síncrono ( ou determinístico), as taxas dos canais tributários são fixas. A soma das taxas dos tributários, deve ser igual à taxa do canal agregado. A duração da fatia de tempo de um tributário é dado por k/r,, aonde k representa o número de bits que um time slot tributário. A duração do quadro agregado será dado por L/C, aonde L representa o número de bits que compoem o quadro tributário, ou seja, L = n.k,, aonde n corresponde ao número de tributários. Um sistema TDM é implementado por hardware, através de equipamentos específicos. Multiplexação no tempo: Canal: Multiplexador versus acesso múltiplo: 17

18 FDMA: Acesso Múltiplo por div. Freq. Hierarquia de Multiplexação Digital: Os sistemas de transmissão e multiplexação utilizados em telecomunicações, e que também dão suporte a rede de dados à longa distância, são o padrão PDH e SDH respectivamente. Hierarquia de Multiplexação Digital: Hierarquia de Multiplexação Digital: Hierarquia de Transmissão Digital: Hierarquia de sinais digitais nos EUA: 18

19 Hierarquia Europeia: Diferentes Hierarquias de Transmissão Digital: FDM x TDM: No nível de enlace iremos abordar com detalhes os protocolos de acesso ao meio randômicos Arquitetura: Arquitetura de protocolos Padronização -Vantagens: 19

20 Organizações Internacionais de padronização: Organizações Internacionais de Padronização: Forums abertos: Arquiteturas: MODELO DE REFERÊNCIA OSI Arquitetura em Níveis ou Camadas: 20

21 Modelo de Referência OSI: Modelo de referência OSI: Arquitetura de protocolos Fornecedores e usuários de Serviços: Um SERVIÇO no modelo OSI representa um conjunto de funções oferecidas a um usuário por um fornecedor, acessadas através de um SAP ( Service Access Point) Arquitetura de protocolos Fornecedores e Usuários de Serviços: Níveis, Protocolos e Interfaces: 21

22 Camadas do Modelo OSI: Transmissão de dados no modelo OSI: Unidades de Informação: Transmissão de dados no modelo OSI: Endereçamento: Como pode ser visto na figura anterior, dois níveis de endereçamento são necessários: Cada dispositivo necessita de um endereço de rede único. Cada aplicação em um ambiente multi-tarefa tarefa necessita de um endereço único SAP No caso da pilha TCP/IP são os numeros das portas. 22

23 Níveis do modelo OSI Elementos necessários à padronização: Especificação do protocolo: Opera referenciando os mesmos níveis. Pode envolver diferentes sistemas operacionais A especificação do protocolo tem que ser precisa: Formato das PDUs. Semântica correta de todos os campos Definição do serviço O que será fornecido Endereçamento Referenciado pelos SAPs 23

24 Primitivas de serviços e parâmetros: Os serviços entre os níveis adjacentes são expressos em termos de primitivas i i e parâmetros As primitivas especificam as funçõea a serem implementadas Os parâmetros enviam e recebem dados e informações e controle. REQUEST INDICATION Tipos de Primitivas: RESPONSE CONFIRM A primitive issued by a service user to invoke some service and to pass the parameters needed to specify fully the requested service A primitive issued by a service provider either to: indicate that a procedure has been invoked by the peer service user on the connection and to provide the associated parameters, or notify the service user of a provider-initiated action A primitive issued by a service user to acknowledge or complete some procedure previously invoked by an indication to that user A primitive issued by a service provider to acknowledge or complete some procedure previously invoked by a request by the service user Sequência de execução das primitivas: Modelo em Camadas Exemplo: analogia com o sistema de transporte aéreo serviços realizados por cada camada 24

25 Modelo em Camadas Modelo em Camadas Modelo em Camadas 25

26 Modelo em Camadas Modelo em Camadas Modelo em Camadas Nível Físico: Nível de Enlace: Nível de Rede: 26

27 Nível de Transporte: Nível de Sessão: Nível de Apresentação: Nível de Aplicação: Exemplo:Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: 27

28 Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: 28

29 Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Exemplo: Transmissão de dados no modelo OSI: Modos de Comunicação: Orientado a Conexão; Não orientado à Conexão 29

30 Orientado à Conexão: Não orientado à Conexão: Arquitetura IEEE 802: Camadas da Arquitetura IEEE 802: Camada Física: Camada de Controle de Acesso ao Meio: 30

31 Camada de Controle de Enlace Lógico: Padrão IEEE 802.x : OSI x IEEE: Arquitetura IEEE 802 ( redes Locais): Arquitetura TCP/IP: InterNetworking: 31

32 InterNetworking: Por quê? IP ( Internet Protocol ) : TCP ( Transmission Control Protocol ): Aplicação : Aplicação: Nós intermediários na Arquitetura TCP/IP: 32

33 Sistema de cabeamento estruturado Referência Bibliográfica: Data and Computer Communications, William Stallings, Quinta Edição Computer Networks, Andrew Tanenbaum, quarta edição Redes de Computadores e a Internet, James Kurose, Keith Ross, terceira Edição Catálogo de Sistema de Cabeamento Estruturado da Furukawa, 33

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