Material de Estudo. Disciplina: Teleprocessamento T1. Professor: Sérgio Augusto Godoy

Transcrição

1 Curso Técnico Concomitante ou Sequencial de Manutenção e Suporte em Informática Material de Estudo Disciplina: Teleprocessamento T1 Professor: Sérgio Augusto Godoy Agosto/2009 1

2 Índice Teleprocessamento... 6 Definição de Teleprocessamento... 6 Definição de Comunicação de Dados... 6 Histórico... 7 Introdução... 7 Histórico... 7 Utilização das Redes de Computadores... 8 Conceitos Básicos... 9 Modelo de um Sistema de Comunicação... 9 Fonte e Destinatário:... 9 Codificação da Fonte... 9 Códigos e Alfabeto... 9 Destinatário Canal Transmissão de Dados Entropia e Informação Entropia como conceito da Teoria da Informação Quantidade de informação e entropia Representação dos Dados Tipos de Sinal (Digital e Analógico) Processamento de Dados (P&D) Características da Transmissão Largura de Banda e Capacidade de Canal Modalidades de Processamento Processamento Batch Processamento On Line Processamento Real Time Rede de Transmissão de Dados Tipos de Transmissão Transmissão Assíncrona x Transmissão Síncrona Transmissão Serial x Transmissão Paralela Transmissão Simplex x Transmissão Half-Duplex x Transmissão Full-Duplex Modulação - Modem Modos de Transmissão Série Paralelo Assíncrono Síncrono Multiplexação e Modulação Modulação ASK (Amplitude Shift-Keying) Modulação FSK (Frequency Shift-Keying)

3 Modulação PSK (Phase Shift-Keying) Sistemas em Banda Larga e em Banda Básica Comutação Comutação de Circuitos Comutação de Mensagens Comutação de Pacotes Fontes de Distorção de Sinais em Transmissão Distorção em amplitude Ruídos Ruído Branco Ruído Impulsivo Atenuação Ecos Translação de freqüência Diafonia (Cross-Talk) Distorção harmônica Drop out Detecção de Erros Meios Físicos Par Trançado Categoria 5e x Categoria Normas de Conectorização Crossover ª e 2ª pontas Cabos Coaxiais Fibra Ótica Redes sem Fios Wireless LANs Wireless WANs Spread Spectrum Frequency Hopping Sprend Spectrum Direct Sequence Spread Spectrum Infravermelho Link de Rádio Rádio-microondas LASER Arquiteturas e Padrões Conceitos Básicos Sobre Redes Redes de Longa Distância (WAN) e Redes Locais (LAN) Topologias Linhas de Comunicação Redes Locais Topologia em Estrela Topologia em Anel

4 Topologia em Barra Modelo OSI Primitivas de Serviços Serviços e Protocolos Segmentação e Blocagem Padrão IEEE (Ethernet) Controle de Acesso ao Meio Especificações Elétricas Especificações Físicas Formatação do Quadro Extensões do Padrão Ethernet Fast-Ethernet (IEEE 802.3u) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) Switches Ethernet Padrão IEEE (Token Ring) Camadas do Modelo OSI Física Padronização de Cabeamentos RS Pinagem do padrão EIA RS-232/ITU V Ligação Cross-Over EIA/TIA Sistema de Cabeação Estruturada Entrada no Edifício Sala de Equipamentos Subsistema de Cabeação Backbone Armário de Telecomunicações Subsistema de Cabeação Horizontal Área de Trabalho Enlace Rede Equipamentos de Interconexão Repetidores Conversores Pontes Wireless Bridge Roteadores Hubs Switches Gateway Internet Gateway Transporte Sessão Apresentação

5 7 - Aplicação Software de Rede Sistemas Operacionais de Rede Ponto a ponto. Cliente-Servidor Servidores de Arquivo, Banco de dados, Impressão, Comunicação e Outros Servidor de Arquivos Servidor de Banco de Dados Servidor de Impressão Servidor de Comunicação Servidor de Gerenciamento Outros Servidores Sistemas operacionais de rede Recursos de hardware e software Placa de Interface de Rede Drivers da Placa de Rede Drivers de Protocolo TCP/IP IPX/SPX NetBIOS Protocolos e Aplicações Cliente-Servidor SMB (Server Message Blocks) NetWare Shell e o NCP (NetWare Core Protocol) Serviços de Comunicação de Dados SMDS - Switched Multimegabit Data Services Protocolo X Pacote Protocolo Frame Relay Frame Relay CIR (Committed Information Rate) RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) Tipos de acessos do RDSI Tipos de canais RDSI A Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI ou ISDN) BIBLIOGRAFIA

6 Teleprocessamento Os primeiros sistemas de comunicações de dados remontam à metade dos anos 60. Os sistemas de comunicações de dados rudimentares eram conhecidos como sistemas de teleprocessamento. Os primeiros sistemas de teleprocessamento eram constituídos de terminais conectados a um computador central por meio de linhas de comunicações. O processamento dos dados enviados pelos terminais era realizado remotamente pelo computador central e os resultados processados, distribuídos posteriormente para os terminais. Em sistemas de teleprocessamento mais modernos, o processamento dos dados passou a ser realizado de forma distribuída (não mais centralizada em um único computador). Maior sistema de teleprocessamento existente: Denominação: Projeto SETI - Search for Extraterrestrial Intelligence. Descrição: Rede de PCs ao redor do mundo destinada a analisar e processar sinais provenientes do espaço, captados por rádio-telescópios. Objetivo: Captar sinais que possam constituir comunicação inteligente, originada de fora da Terra. Integrantes: Qualquer indivíduo ou entidade pode integrar esta rede, disponibilizando seu PC como um terminal de processamento remoto gerenciado pelo projeto SETI. O processamento busca estabelecer a existência de algum processo subjacente responsável pela geração dos sinais analisados. Definição de Teleprocessamento Técnica em que os dispositivos de entrada/saída de dados, por estarem afastados do centro de processamento, utilizam os recursos de telecomunicações para que o sinal (dados) seja transferido entre os pontos distantes, promovendo, à distância, o processamento dos dados. Aglutina tecnologias de telecomunicações + processamento. Inicialmente Denominação proprietária da IBM. Hoje Denominação de domínio público. Definição de Comunicação de Dados Conceito mais abrangente do que Teleprocessamento. Significa: técnica de transferência confiável da informação contida no sinal (dados) entre pontos distantes. Inclui além das funções de transmissão, funções adicionais como: detecção e correção de erros, protocolos, etc. Evolução: do Teleprocessamento à Comunicação de Dados O teleprocessamento surgiu devido à necessidade de uso de recursos e capacidades de um computador central em diferentes pontos, distantes do mesmo. Os sistemas de teleprocessamento deviam poder fornecer melhor qualidade de serviço e mais rapidez aos usuários, garantindo competitividade nas aplicações comerciais, reduzindo erros e diminuindo custos de operação. 6

7 A necessidade de otimização de recursos e de troca de informações entre sistemas diferentes (muitas vezes distantes milhares de kms) levou ao surgimento de redes de computadores. Redes de computadores são estruturas complexas, compostas por uma vasta gama de elementos que executam funções necessárias à comunicação de dados, garantindo a transferência confiável de informação entre pontos distantes, por meio da implementação (além das funções de transmissão) de funções de detecção e correção de erros, protocolos de roteamento, tradução, etc. Histórico Pesquisa do DEPARTAMENTO DE DEFESA AMERICANO (DARPA) Primeira Rede experimental entre Universidades e Centros de Pesquisas americanos Rede CYCLADES entre Centros de Pesquisas na França Rede ETHERNET da XEROX Corporation introduzindo o conceito de Estação de Trabalho Rede CAMBRIDGE na Universidade de Cambridge com velocidade da ordem de Mbps Década de INTERNET x EXTRANET Introdução Desde 1838, quando Samuel F. B. Morse transmitiu, pela primeira vez, uma mensagem telegráfica através de uma linha de cerca de 15 Km, os sistemas elétricos para comunicação estão sendo mais e mais utilizados para permitir a transferência de informação entre os homens e entre uma máquina e outra. A comunicação através do telefone, rádio e televisão já pode ser considerada corriqueira em nosso dia a dia. Da mesma forma, estão se tornando cada vez mais comuns as ligações entre computadores situados em locais distantes. Dentre as formas de comunicação elétrica, uma das classes que mais se desenvolveu nos últimos anos e que continua crescendo rapidamente é justamente a da área de comunicação de dados. Histórico No início da história do processamento de dados ou, mais especificamente, dos computadores, cada máquina estava dedicada a um único usuário. Devido ao custo extremamente elevado desta forma de processamento, tornou-se imprescindível o compartilhamento da CPU e de seus periféricos, implicando na aparição dos primeiros sistemas multi-usuários de grande porte. Estes sistemas consistiam nos chamados "mainframes" e continuavam caros e escassos; eram de uso centralizado e estavam disponíveis somente para grandes companhias. Pequenas empresas usavam "bureaux" de serviços. Isto fez com que surgisse um problema de comunicação: como enviar dados ao "bureaux" de serviços (para processamento) ou como levar dados das subsidiárias para a matriz? Com o avanço tecnológico na área dos circuitos integrados, gerando componentes mais poderosos a um custo mais baixo, foi caindo o preço da CPU. Este evento constituiu a chamada revolução do hardware. 7

8 Surgem então os computadores de porte menor (1965: DEC PDP-8 e 1970: DEC PDP-11) os chamados minicomputadores, vindo, em seguida, os microcomputadores e os computadores pessoais. Isto trouxe uma nova solução para o problema de multiusuário: dar uma CPU para cada um. As pequenas companhias e as subsidiárias utilizavam-se dos minicomputadores para algum processamento local e na preparação dos dados para o "bureaux" de serviços ou matriz. Os dados eram transferidos quando exigiam um grande volume de processamento ou um processamento requerendo software ou hardware especial. O uso dos minicomputadores minimizou mas não solucionou o problema da comunicação. Minimizou porque os dados podiam agora ser preparados e armazenados em fita magnética e transportados via sistema de malotes. Este sistema de transporte não é, obviamente, o mais adequado para transferência de informação pois está sujeito a acidentes, gerando atraso ou perda total do material. Surge então a necessidade de uma nova tecnologia de comunicação. Por outro lado, o sistema centralizado oferecia a vantagem de compartilhar recursos caros tanto de software como de hardware, ou seja, o software e hardware especial era caro mas seupreço era amortizado pelo rateio do custo dos periféricos entre os vários usuários do bureaux de serviços. Surge, então, a necessidade de uma nova tecnologia para compartilhamento de recursos. Paralelamente, a tecnologia de comunicações alcançava a transmissão digital em linhas telefônicas através de MODEM's. Este serviço era caro e apenas suportado por grandes companhias uma vez que utilizavam linhas telefônicas de forma dedicada. Esta situação perdurou por algum tempo (No Brasil, até março/85) e esperava-se solução através de nova tecnologia de comunicação. A necessidade da disseminação da informação e os avanços em tecnologia de armazenamento, propiciaram o aparecimento de discos de grande capacidade e mais baratos, (explosão da informação e grandes bancos de dados). Aí o problema de comunicação tornou-se muito mais sério. Para acessos infrequentes, uma linha telefônica dedicada não era viável (devido ao alto custo). Esses fatos tornaram necessária uma nova tecnologia de comunicação. A solução para o compartilhamento de recursos físicos e lógicos juntamente com a vantagem de se ter um sistema descentralizado, só pode ser alcançada através da interconexão das CPU's entre si. É a isso que se propõem as redes de computadores. Para a comunicação de computadores em termos de longa distância, surgiu a tecnologia de comutação de pacotes que solucionou o problema da linha telefônica dedicada. Num ambiente restrito a uma região local (por exemplo, uma fábrica, um campus), o problema do compartilhamento de recursos através de interconexão de CPU's é resolvido através de uma nova tecnologia denominada REDES LOCAIS ou LAN (Local Area Network Rede de Área Local). Redes Locais são um caso particular das Redes de Computadores onde as distâncias cobertas são limitadas, as velocidades de comunicação são altas (em comparação com comunicações que envolvem distâncias maiores) e os meios de comunicação tão baratos quanto se possa. Utilização das Redes de Computadores Usaremos o termo "rede de computadores" para denominar um conjunto de computadores interconectados e autônomos. Dois computadores são ditos interconectados se eles são capazes de trocar informações. De uma forma geral, o objetivo de uma rede é tornar disponível a qualquer usuário, todos os programas, dados e outros recursos independentemente de suas localizações físicas. Outro objetivo é proporcionar uma maior disponibilidade e confiabilidade dada a possibilidade de migração para 8

9 outro equipamento quando a máquina sofre alguma falha. Para aplicações militares, bancárias, de controle de processo industrial e muitas outras, a perda completa do poder de computação é, no mínimo, catastrófica! Podemos citar, ainda, o custo da comunicação em relação ao custo dos equipamentos como uma das razões para distribuir o poder de computação. Em muitas aplicações, os dados são gerados em diversos locais. Como foi visto anteriormente, os custos para colocar uma máquina em cada ponto de aquisição de dados eram muito altos, obrigando a sua transmissão para um computador central que realizava a tarefa de análise dos dados. Atualmente os preços dos equipamentos envolvidos permitem que os dados sejam coletados e analisados no próprio local onde são gerados e somente alguns relatórios sejam enviados ao computador central reduzindo os custos de comunicação. O uso de uma rede de computadores proporciona um meio de comunicação poderoso devido a sua alta velocidade e confiabilidade. Para dar uma idéia sobre possíveis usos das redes de computadores, listamos a seguir alguns exemplos de aplicações: - acesso a bancos de dados remotos; - acesso a programas remotos; - transferência eletrônica de fundos; - teleconferência; - telecompras; - correio eletrônico. Conceitos Básicos Modelo de um Sistema de Comunicação Fonte e Destinatário: O modo mais simples de esquematizar um Sistema de Comunicação está apresentado na figura abaixo: Fonte A fonte é o ente que produz a informação. Para tanto dispõe de elementos simples e símbolos. Codificação da Fonte Códigos e Alfabeto Destinatário O elemento de sinalização é o componente mais simples que entra na composição representativa da informação por ex. letras A, B, C,... ou dígitos 0 e l. Por exemplo, na máquina de escrever, os elementos são letras, dígitos e caracteres especiais, situados nas teclas. O símbolo é um conjunto ordenado de elementos. Por exemplo, dispondo-se dos elementos A, B, C,... podem-se compor os símbolos AA, AB, BB,... ou os símbolos AAA,BBA, BBB,... ou, dispondo dos elementos 0 e 1, podem-se compor os símbolos 1, 0, 10, 11,..., 1000,... ou 1100, 1101, 1011, ou, dispondo-se dos elementos 0, 1, 2,..., 9, v, + e -, podem-se compor os símbolos +5v, -3v, 0v,... Os símbolos são utilizados para representar configurações de um sinal. Como os símbolos podem ser 9

10 formados por um único elemento, o elemento também pode constituir uma representação de um sinal. Podemos pensar em um sinal, de forma intuitiva, conforme os seguintes exemplos: "letra do alfabeto", "dígito binário", "fonema da pronúncia", "voltagem","corrente elétrica", etc. Para cada um destes exemplos podemos imaginar diferentes configurações para a composição representativa da informação. Uma mensagem consiste em um conjunto ordenado de símbolos que a fonte seleciona para compor uma informação. Uma única mensagem, ou um conjunto de mensagens, ordenado para produzir um significado, constitui o que chamamos de informação. A cada símbolo corresponde uma certa quantidade de informação e a cada mensagem se associa uma quantidade de informação, dada pela soma das quantidades de informação de cada símbolo. Destinatário Destinatário é o ente a quem a informação é dirigida. Canal Canal é o ente que transporta os sinais e a informação associada da fonte ao destino. Dependendo da natureza dos sinais, o canal deve ser adequado ao seu transporte. O caso mais importante na prática é aquele onde o sinal é de natureza elétrica e o canal é projetado pra transportar sinais elétricos. A fig apresenta um esquema mais elaborado de um sistema com canal deste tipo e mostra, ainda, suas partes constitutivas, que serão descritas a seguir.a fonte geralmente não dispõe de potência suficiente para cobrir as perdas da propagação do sinal. Esta potência é suprida pelo emissor. O emissor é o ente que, acionado pela fonte, entrega um sinal de energia adequada ao meio. Para tanto dispõe de um componente interno, o modulador, que transforma os elementos entregues pela fonte em sinais convenientes para serem transmitidos pelo meio. Dispõe ainda de um componente interno para acoplar a energia gerada ao meio. O meio é o ente que propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor, permitindo que o sinal seja transmitido, geralmente cobrindo distâncias razoavelmente grandes. O receptor é o ente que retira a energia do meio e recupera os símbolos, de forma tão precisa quanto possível, de modo a reproduzir a mensagem a ser entregue ao destino. Para tanto,dispõe de um componente interno que, acoplado ao meio, permite a extração eficiente da energia presente no sinal que foi transmitido e dispõe ainda de um outro componente interno, o demodulador, que recupera a partir da energia recebida, os símbolos portadores da informação. Deste modo o emissor e o receptor desempenham funções inversas e complementares e o meio os interliga. Existe um fluxo de sinal entre o emissor e o receptor e este sinal contém em si,os símbolos portadores da informação. Em condições ideais o sistema deveria se comportar de modo que a mensagem produzida pela fonte conseguisse ser fielmente recuperada pelo receptor. Na prática isto não ocorre: no processo de transmissão, limitações físicas e outros fatores alteram as características do sinal que se propaga, produzindo o que se chama distorção. Além disso, aparecem no canal sinais espúrios de natureza aleatória, que se somam ao sinal, produzindo o ruído. Este efeito pode ser representado esquematicamente pela adição de um bloco, representando uma fonte externa geradora de ruído, simbolizando todos os ruídos presentes no canal. Um dos maiores problemas do projetista do sistema consiste em manter tanto a distorção como o 10

11 ruído em níveis aceitáveis, de modo que na recepção a mensagem possa ser recuperada de forma adequada e que seja entregue a informação correta ao destino. Freqüentemente, a representação dos elementos de que dispõe a fonte não é adequada para acionar o canal de transmissão e, portanto, há a necessidade, nestes casos, de se alterar a representação dos elementos. Esta é a função do codificador. Por exemplo: ao se pressionar a tecla A da máquina de escrever, o mesmo símbolo A é impresso no papel (meio de transmissão). O símbolo é transferido sem codificação. Por outro lado, ao se pressionar a tecla A em um teclado de computador, este símbolo A será codificado, de forma a acoplar a informação ao canal de transmissão, que é de natureza elétrica. Do lado do destinatário (por exemplo, uma tela de vídeo ou uma impressora), haverá um ente que desempenha um papel inverso ao do codificador: o decodificador. É importante ressaltar que os elementos ou símbolos gerados pela fonte à sua saída, podem ser transformados em outros elementos ou símbolos ao longo do processo de transmissão, para melhor conveniência da própria transmissão ou para melhor adequação ao destinatário, porém, o conteúdo da informação gerada pela fonte deve ser preservado ao longo de todo o processo. Transmissão de Dados A transmissão de Informação através de sistemas de comunicação pressupõe a passagem de sinais através dos meios físicos de comunicação que compõem as redes. Informação - é a mensagem, imagem, idéia, etc que se deseja transmitir. Sinal - é a informação codificada sob a forma de ondas que se propagam por algum meio físico. Denomina-se Banda Passante de um sinal o intervalo de freqüências que compõem este sinal. A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua banda passante. Entropia e Informação Informação, de acordo com diferentes autores, é um termo que vem sendo usado mais a partir da década de 50. É usado para significar mensagens, notícias, novidades, dados, conhecimento, literatura, símbolos, signos e, até mesmo, dicas e sugestões. Diferente da energia, a informação é algo que se cria e que existe cada vez mais em maior quantidade no nosso Universo. Segundo Zdenek Zeman, a expressão da informação de um sistema tem por base, como se sabe, a fórmula matemática da entropia negativa. Partido disso, informação, isto é, de entropia negativa, pode exprimir, também, a medida da ordem de um sistema nervoso ou de um sistema social. A teoria da informação afirma que quanto menos informações sobre um sistema, maior será sua entropia. A quantidade de informação de uma mensagem é entendida na teoria da informação como sendo o menor número de bits, unidade de informação, necessários para conter todos os valores ou significados desta mensagem. Por exemplo, se quisermos transmitir ou armazenar os números dos meses do ano, serão necessários, no mínimo, 4 bits para representar esta informação. Portanto, a quantidade de informação de uma mensagem é medida pela entropia da mensagem, a qual também 11

12 mede a sua incerteza, que é expressa pelo número de bits que precisam ser recuperados quando a mensagem está cifrada para obter novamente um texto claro. Entropia como conceito da Teoria da Informação A Teoria da Informação (TI) teve inicialmente como destaque as questões técnicas, sendo uma das primeiras teorias a separar com nitidez a informação da significação. A TI está situada dentro da cibernética, onde a informação se mostra como uma medida probabilística. Esta teoria tem um grande interesse pelo funcionamento dos sinais, pelas transformações energéticas mediante a codificação da mensagem e sua descodificação. Ela opera com os seguintes conceitos: 1) ruído; 2) redundância; 3) entropia; 4) imprevisibilidade. A teoria da informação não estuda uma língua pelo número de símbolos alfabéticos que a compõem, mas sim pela análise à redundância na língua, considerando que o inverso da entropia é a redundância. Uma língua entrópica dispõe de um vocabulário rico, com palavras diferenciadas, que mostram o poder das combinatórias; uma língua pouco entrópica é pobre e repetitiva. Quantidade de informação e entropia A entropia é uma forma de medir a quantidade de informação. Intuitivamente uma mensagem tem tanta mais informação quanto maior for o seu grau de aleatoriadade ou imprevisibilidade. Por exemplo, se dissermos: ''o sol nasceu esta manhã''. Temos aqui uma menssagem com uma certa quantidade de informação. Agora se dissermos: ''houve um terramoto em Lisboa.'' Qual das duas frases tem mais informação? Intuitivamente seremos levados a dizer que a segunda tem mais informação que a primeira. Isto, porque a segunda mensagem era mais imprevisível, ou seja representa um acontecimento que ocorre menos vezes que o da primeira mensagem. A entropia tenta traduzir uma forma de quantificar este conceito. Assim, por exemplo, a entropia ou quantidade de informação da variável aleatória de probabilidade, é definida por Nesta equação percebemos o porquê da densidade de probabilidade e do sinal de menos, pois a entropia deverá ser tanto maior quanto menos provável for o sinal, e também percebemos o porquê da esperança matemárica, que realiza uma ``média'' sobre todas as tiragens possíveis. Mas de onde vem o? A introdução do logaritmo está ligada com o facto de que se considerarmos dois processos estocásticos independentes e, a informação do acontecimento conjunto de e de deverá ser simplesmente a soma das quantidades de informação de um e do outro (o logaritmo do produto é a soma dos logaritmos!). Assim deverá haver um logaritmo tal que (4-1.02) 12

13 (4-1.03) (4-1.04) onde não é mais do que a densidade de probabilidade conjunta das va's e, tal que, visto que as va's são independentes,. Para o caso do alfabeto binário, formado de 0 e 1's, com probabilidades e a entropia total é dada por Representação dos Dados (4-1.05) Nos computadores, a representação dos dados é feita utilizando-se símbolos denominados Caracteres representados por um código, havendo uma correspondência biunívoca com o BYTE. Um BYTE é definido como sendo um conjunto de bits, sendo dependente do código utilizado. Se EBCDIC, 8 bits, se ASCII, 7 bits, normalmente. Um BIT é definido como a menor unidade de informação, sendo representado por 0 e 1. Os códigos de maior importância em P&D são EBCDIC e ASCII. Tipos de Sinal (Digital e Analógico) Sinal Analógico Sinal Digital Processamento de Dados (P&D) Características da Transmissão Podemos definir transmissão como a técnica do transporte do sinal por um meio, de um ponto a outro, afastados. Em particular, a transmissão de dados apresenta diversas características referentes ao sentido da transmissão, número de canais utilizados, sincronismo entre transmissor e receptor e velocidade de transmissão. 13

14 Largura de Banda e Capacidade de Canal A taxa em que podemos enviar dados sobre um canal é proporcional à largura de banda do canal. Mas o que significa largura de banda (bandwidth)? O termo largura de banda não tem qualquer relação com as freqüências que são transmitidas no canal. Ele indica apenas a diferença entre os limites inferior e superior das freqüências que são suportadas pelo canal. Por exemplo, um canal que admite freqüências da ordem de 1500 a 5000 Hz 10, tem uma largura de banda igual a = 3500Hz. Da mesma forma, um canal que admite freqüências que vão desde Hz a Hz também apresenta uma largura de banda 3500 Hz ( ). A média de freqüência de 300 a 4000 Hz ou de 300 a 3300 Hz é satisfatória para a transmissão da voz humana, mas não para a transmissão de música, pois esta pode variar rapidamente entre freqüências baixas e altas, muito mais que a variação de freqüências da voz humana. Para reproduzir o som de um instrumento de percussão, devemos baixar a freqüência a 60 ou até 30 Hz, enquanto para os tons mais altos, a freqüência vai acima de ou Hz. Uma rádio AM utiliza uma largura de banda de 5000 Hz e portanto é capaz de reproduzir música de forma que a mesma não seja distorcida mas não com alta fidelidade, enquanto que a rádio FM transmite com alta fidelidade porque utiliza uma largura de banda de Hz. Uma largura de banda de Hz possibilita que sejam transmitidas freqüências que representam desde o som de um tambor até o som do violino. Na verdade, as ondas de rádio FM não são transmitidas com freqüências de 30 a 18000Hz; as freqüências são da ordem de Hz (100 MHz), pois este meio de transmissão só trabalha eficientemente com freqüências de 70 a 150 MegaHertz (1 MHz = Hz). A alta freqüência deve, portanto, ser capaz de transportar a baixa freqüência. Em outras palavras, a baixa freqüência deve modular a freqüência portadora para produzir um sinal que possa ser transmitido eficientemente e, a partir do qual, depois da transmissão, a baixa freqüência possa ser recuperada. A largura de banda de um canal de comunicação constitui uma medida da máxima taxa de informação que pode ser transmitida pelo canal. Largura de banda significa o espectro de freqüência que o canal é capaz de transmitir. Uma questão assim surge: quantos estados de sinalização podem ser transmitidos e distinguidos separadamente no receptor de um sistema de comunicação de dados? A resposta para esta questão, examinados os fatores que influenciam esse número de estados, vem definir o conceito de capacidade máxima de um canal. Ruído e distorção sobre o canal, flutuações na atenuação do sinal portador, e um limite na potência do sinal, têm influência no número de estados de sinalização. Quanto maior o número de estados que podem ser transmitidos e distinguidos, maior será a capacidade do canal. Podemos então concluir que a capacidade do canal está intimamente relacionada com a velocidade de transmissão, pois quanto maior o número de estados mais bits por segundo poderão ser transmitidos. Daí medir-se capacidade na unidade bits/segundo (bps bits per second). Diferentes tipos de sinais (voz humana, música, dados, imagem) necessitam de diferentes capacidades de canal, as quais são indicadas em termos de largura de banda e outros fatores que influenciam a capacidade de um canal. 14

15 Conhecida, pois, a largura de banda de um canal de comunicação, pode-se estabelecer a máxima taxa de sinalização que o mesmo pode conduzir sem erro, o que é denominado de capacidade do canal de comunicação. Neste ponto, é conveniente fazer uma diferenciação entre as unidades "bits por segundo (bps)" e "BAUDS". BAUDS x bps: A transmissão de uma quantidade de dados maior através de um canal de uma determinada largura de banda com dispositivos menores e mais econômicos é um objetivonatural. Como em muitos casos o canal disponível é uma linha de voz padrão e o custo do canal domina o custo do sistema, uma grande quantidade de esforço de projeto foi despendida na produção de dispositivos que enviarão o maior número de bits por unidade de tempo através de canais (de voz) padrão. Um resultado foi a sinalização síncrona, que tem o benefício colateral de permitir que o clock ou a sinalização sejam fornecidos pelos dados. A taxa em BAUDS indica o número de vezes que a característica do sinal portador se altera por unidade de tempo (segundo). À medida que o número de elementos de sinalização por unidade de tempo aumenta (a taxa em bauds), a duração de cada elemento deve diminuir. Modalidades de Processamento Processamento Batch É um tipo de processamento no qual as transações não são processadas de imediato, mas guardadas em lotes por um determinado período de tempo, para então serem processadas de uma vez. Um exemplo típico refere-se ao sistema do Tribunal Regional Eleitoral (TRE), no qual as pessoas preenchem um formulário relativo a cadastro, que é organizado em lote, sendo os lotes processados numa época pré-determinada, normalmente no final do mês. Os dados são transcritos para um cadastro em meio magnético, que normalmente gera relatórios e o próprio Título de Eleitor. Processamento On Line É um tipo de processamento no qual os dados são coletados na estação terminal remota sendo enviados por conexão direta ao computador central e vice-versa. Por exemplo, o Sistema de Reserva de Passagens Aéreas. Processamento Real Time É um tipo de processamento no qual as respostas às entradas são bastante rápidas para controlar o processo e/ou influir na ação subseqüente. Por exemplo, num desvio de rota de um míssil, a informação é enviada ao computador que, de imediato, gera um comando que resulta em uma ação para corrigir a trajetória deste míssil. Diz-se que Uma aplicação em TEMPO REAL é sempre ON- LINE mas o inverso nem sempre é verdadeiro. 15

16 Rede de Transmissão de Dados Uma Rede de Transmissão de Dados, também conhecida com Sistema de Comunicação de Dados, é constituído de HARDWARE, SOFTWARE (sistema operacional, protocolo e aplicativos) e uma ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO que dá suporte à transmissão. Tipos de Transmissão Transmissão Assíncrona x Transmissão Síncrona Na transmissão ASSÍNCRONA, para cada caractere a ser transmitido, utiliza-se um elemento de sinalização para indicar início do caractere (START) e um outro para indicar o término do caractere (STOP). O START (bit de partida) corresponde a uma interrupção do sinal na linha e o STOP (bit de parada), à condição de marca ou repouso, isto é, à existência do sinal na linha (normalmente o STOP corresponde a 1,4 ou 2,0 vezes o tempo de START), conforme ilustrado a seguir. Cada caractere, independente do código adotado, recebe bits adicionais, que indicarão o início e o fim dos mesmos. Pelo bit START, o receptor será avisado da transmissão de um caractere com antecedência suficiente para que possa, através de se próprio clock, sincronizar seus circuitos elétricos para ler cada bit no momento adequado. O termo ASSINCRONO é utilizado como referência à irregularidade dos instantes de ocorrência dos caracteres, isto é, o tempo decorrido entre dois caracteres (TEMPO DE REPOUSO) que pode ser variado pelo equipamento transmissor sem que o equipamento receptor tome conhecimento. O ritmo de transmissão assíncrono, apesar da emissão dos caracteres ser irregular, possui um sincronismo ao nível dos bits que compõem o caractere (obtido pela identificação do START), pois o equipamento receptor deve necessariamente conhecer os instantes que separam os bits dentro do caractere. A transmissão ASSÍNCRONA é caracterizada pela possibilidade de ser iniciada a qualquer tempo, sem limitação de tamanho de mensagem. Devido a possíveis erros de sincronismo, a transmissão assíncrona é normalmente utilizada em transmissões de dados com baixas taxas de sinalização binária. Os equipamentos assíncronos têm, normalmente, um custo bem menor que os equipamentos síncronos por serem de fabricação mais simples. A grande desvantagem da transmissão assíncrona é 16

17 a má utilização do canal, já que os caracteres são transmitidos irregularmente espaçados no tempo, além do alto overhead (bits de controle adicionais à informação), ocasionando uma baixa eficiência na transmissão. Exemplificando, no caso do código EBCDIC (8 bits), acrescentando-se um bit de START e um de STOP (com duração de pulso igual a 2 vezes o tamanho do START), teremos um total de 11 bits, ou seja 27% do total transmitido não é informação útil. A transmissão SÍNCRONA é caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro com a dição de controles apenas no começo e fim do bloco. Por exemplo, os caracteres de controle do protocolo BSC (STX Start of TeXt, ETX End of TeXt ). O bloco terá aproximadamente a seguinte configuração: Transmissão Serial x Transmissão Paralela SERIAL - Transmissão de um bit por vez na unidade de tempo. Há necessidade de apenas 1 via. PARALELA - envio simultâneo de um conjunto de bits. Há necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados. 17

18 Transmissão Simplex x Transmissão Half-Duplex x Transmissão Full-Duplex Modulação - Modem É um processo pelo qual uma ou mais características de uma onda denominada PORTADORA, são modificadas segundo um SINAL MODULANTE, que se caracteriza por ser a informação que se deseja transportar através do meio de comunicação. No caso da transmissão de dados, é o sinal digital binário. A representação gráfica da sinalização é mostrada a seguir. Parâmetros como comprimento do cabo, interferência eletromagnética e perdas inerentes ao meio provocam distorções no sinal digital. A solução aponta para o emprego da modulação. 18

19 A modulação pode ser feita variando amplitude, freqüência ou faseda ONDAPORTADORA. Os principais tipos de modulação utilizados em comunicação de dados são: FSK, PSK, DPSK e QAM. A modulação FSK ( Frequency Shift Keying ) consiste em se alterar a freqüência da PORTADORA de acordo com a informação a ser transmitida. Quando se envia do bit 1, transmite-se a própria PORTADORA sem alterar sua freqüência, enquanto que para o bit 0, a freqüência da portadora é alterada para uma freqüência mais alta. Na falta de dados para transmitir, o modem fica emitindo na linha a própria portadora. A modulação FSK é utilizada nas transmissões assíncronas de baixa velocidade. A principal vantagem da modulação FSK está relacionada à simplicidade dos modems; a principal desvantagem é a necessidade de uma relação sinal/ruído S/R muito elevada. A modulação PSK ( Phase Shift Keying ) consiste em se variar a fase da PORTADORA de acordo com a informação a ser transmitida. Às transmissões dos bits 0 e 1 corresponderão respectivamente as fases 0 e 180 da PORTADORA. A modulação DPSK ( Differential Phase Shift Keying ) representa uma variante da PSK, onde a cada bit não se associa a fase da PORTADORA, mas, sim, uma mudança ou não desta mesma fase. Assim, para cada bit 0 corresponderá uma inversão de 180 na fase da PORTADORA e, ao bit 1, não se altera a fase. A modulação DPSK tornou-se padrão (CCITT) para as transmissões síncronas. Modos de Transmissão Para que os bits transmitidos possam ser recebidos adequadamente pelo destinatário, deve ser mantida uma separação entre cada bit transmitido. A maneira de se efetuar essa separação dá origem aos chamados modos de transmissão. Dentro de um sistema de troca de informações, os dados podem fluir de uma ponta para outra basicamente através de dois modos, utilizando-se das variáveis tempo e espaço para realizar a separação entre os bits. São eles: Série O conceito da porta serial é muito simples: uma linha para o envio de dados, outra para o recebimento e mais algumas para regularizar como os dados estão sendo enviados pelas outras duas linhas. Na transmissão de dados, os bits são serializados (bit a bit) e transmitidos um a um através de um único canal físico de comunicação (tempo variável). Devido à sua simplicidade, a porta serial tem sido utilizada para que os microcomputadores se comuniquem com quase todos os dispositivos imagináveis desde os conhecidos modems e impressoras até plotters e sistemas de alarme. A porta serial é normalmente conhecida como porta RS-232. Esta é uma especificação da Associação das Indústrias Eletrônicas (Electronics Industries Association EIA) para um padrão de como os conectores são utilizados em uma porta serial. O problema é que este padrão nem sempre é levado em consideração pelos fabricantes de periféricos e até mesmo pelos fabricantes de computadores. O fato dos conectores, tanto de 9 como de 25 pinos, serem utilizados como portas seriais mostra que ainda temos de percorrer um longo caminho antes de estabelecer exatamente o que seja uma porta serial RS

20 Paralelo Desde o seu lançamento, a porta paralela tem sido sinônimo de porta de impressora. Embora uma porta serial possa também ser utilizada para enviar dados do microcomputador para alguns modelos de impressoras, a porta paralela é mais rápida. Uma porta serial transmite um bit de cada vez através de um único fio. Uma porta paralela consegue enviar vários bits (normalmente um caractere) de dados através de oito suportes físicos em paralelo (variável espaço) simultaneamente. No mesmo tempo em que uma conexão serial envia um único bit, uma porta paralela é capaz de enviar um byte inteiro. Em geral a transmissão paralela é empregada para curtas distâncias, como as ligações internas dos computadores ou as ligações entre computador e seus periféricos, e para redes locais, dentro de um limite, por exemplo, em um prédio de escritório. Em outros casos emprega-se a transmissão em série. A conexão em paralelo tem uma limitação. As tensões em todas as suas linhas geram a linha cruzada, um fenômeno que faz com que a tensão enfraqueça-se de uma linha para outra. Quanto maior for o cabo, maior a interferência. O limite máximo para um cabo paralelo é de 10 pés (aproximadamente 3 m). Caracteres são transmitidos sob a forma de sinais elétricos de determinada duração (variável tempo). Tanto a estação transmissora como a estação receptora possuem um marcador de tempo (timer) para determinar a duração dos sinais. Estes marcadores devem estar sincronizados, tanto o da estação transmissora como o da receptora. A maneira pela qual é estabelecida a sincronia entre as estações, utilizando a variável tempo para separar os bits, permite distinguir dois outros modos de transmissão: síncrono e assíncrono. Assíncrono A transmissão assíncrona é aquela em que a sincronia entre as estações transmissora e receptora só é conservada durante o tempo necessário para a transmissão de cada caractere, ou seja, para cada caractere transmitido é necessário restabelecer a sincronia. Para obter nova sincronização, cada caractere deve ser precedido de um sinal de início de caractere (sinal de start ) e de um sinal de fim de caractere (sinal de stop ). Por este motivo, este processo de transmissão também é denominado START/STOP. Esta estratégia de transmissão permite que os caracteres possam ser transmitidos e o que é mais importante, sejam recebidos sem levar em conta os caracteres precedentes ou seguintes. O termo assíncrono refere-se a aleatoriedade do intervalo de tempo entre dois caracteres transmitidos sem que isso prejudique a sua recepção. A transmissão assíncrona caracteriza-se por não exigir a fixação prévia de um padrão de tempo entre o transmissor e o receptor. A separação dos caracteres é feita através de um símbolo ou sinal especial de duração variável. Síncrono Na transmissão síncrona, a sincronia entre a estação transmissora e a estação receptora é estabelecida no início de cada mensagem, sendo mantida durante todo o tempo de transmissão de cada mensagem. 20

21 Para a transmissão síncrona, cada mensagem é precedida de certo número de caracteres de sincronização; portanto para cada caractere, contido na mensagem, são transmitidos apenas os bits correspondentes a esse caractere, não havendo bits de sincronização entre eles. A cada T segundos o transmissor emite, por exemplo, um pulso de tensão elétrica (ou corrente) significando o envio de um símbolo binário 1, ou nenhum pulso significando o envio do bit 0. O receptor, conhecendo os intervalos de tempo representativos para os bits, identifica a seqüência de bits transmitida, fazendo uma amostragem do sinal recebido a intervalos regulares de T segundos. Essa temporização básica corresponde à onda de relógio (clock) de período T segundos que estabelece a taxa de velocidade de transmissão 1/ T bits por segundo (bps). Multiplexação e Modulação Multiplexação - é a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico. Existem duas formas básicas: multiplexação em freqüência e multiplexação no tempo. Modulação - Envolve o deslocamento do sinal original, doravante denominado sinal modulador, de sua faixa de freqüências original para outra faixa. O valor desse deslocamento corresponde à freqüência de uma onda denominada portadora. As técnicas de modulação para sinais digitais mais utilizadas atualmente são: Modulação ASK (Amplitude Shift-Keying) É a técnica de modulação mais simples entre as utilizadas para modular sinais discretos (digitais). Consiste na alteração da amplitude da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. A modulação em amplitude translada o espectro de freqüência baixa do sinal binário, para uma freqüência alta como é a da onda portadora. A amplitude da portadora é comutada entre dois valores, usualmente ligado e desligado (na modulação em amplitude multinível podem ser utilizados mais valores). A onda resultante consiste então em pulsos de rádio freqüência (RF), que representam o sinal binário "1" e espaços representando o dígito binário "0" (supressão da portadora). Esta técnica é equivalente à modulação AM para sinais contínuos com um sinal modulante na forma de um pulso retangular. O preço desta simplicidade é a excessiva largura de faixa da transmissão. A técnica de modulação ASK também representa perda de potência relativa à onda portadora. As técnicas multinível são técnicas de modulação ASK, utilizadas para representar através de uma amplitude, um código de vários bits ao mesmo tempo. 21

22 Em uma codificação que utiliza dois bits, por exemplo, a combinação "00" será representada por um certo nível de amplitude da portadora. A combinação "01", será representada por outro nível, e assim por diante, cada uma das combinações possíveis terá sua representação através de um certo nível de amplitude da portadora. Modulação FSK (Frequency Shift-Keying) O processo de modulação FSK consiste em variar a freqüência da onda portadora em função do sinal modulante, no presente caso, o sinal digital a ser transmitido. Este tipo de modulação pode ser considerado equivalente à modulação em FM para sinais analógicos. A amplitude da onda portadora modulada é mantida constante durante todo o processo da modulação; quando ocorrer a presença de um nível lógico "1" no sinal digital, a freqüência da portadora é modificada para poder depois ser compreendida no processo de demodulação. A freqüência resultante transmitida será a freqüência da onda portadora fp diminuída de uma freqüência de desvio fd. Matematicamente a onda resultante modulada será: fr = fp - fd Se registrada a ocorrência de um nível lógico "0" no sinal digital, a freqüência resultante aplicada será a freqüência da onda portadora acrescida da freqüência de desvio: fr = fp + fd Modulação PSK (Phase Shift-Keying) A técnica de modulação conhecida por PSK é o processo pelo qual se altera a fase da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. Quando ocorrer uma transição de nível lógico do sinal digital a ser transmitido (sinal modulante), haverá uma mudança de 180 graus na fase da onda portadora com relação ao ângulo anterior. A transição observada pode ser tanto de nível lógico "0" para "1" como de nível lógico "1" para "0". Para este tipo de modulação deve se usar a detecção síncrona, já que esta tem como base o conhecimento preciso a respeito da fase da onda portadora recebida, bem como da sua freqüência. Esta técnica de modulação devido ao fato mencionado, envolve circuitos de recepção (demodulação) mais sofisticados; em compensação oferece melhor desempenho que as técnicas ASK e FSK. 22

23 Sistemas em Banda Larga e em Banda Básica As técnicas de transmissão estão diretamente relacionadas com as técnicas de multiplexação. Duas técnicas de transmissão são as mais empregadas: a sinalização em banda básica (baseband) e a sinalização em banda larga (broadband). Na sinalização em banda básica o sinal é simplesmente colocado na rede sem se usar qualquer tipo de modulação, aparecendo diretamente na rede e não com deslocamentos de freqüência, fase ou amplitude de uma portadora de alta freqüência. Para o ambiente restrito de redes locais, a sinalização em banda básica é adequada, contudo para transmissão a longas distâncias, devem ser tomadas certas precauções. Ao contrário da sinalização em banda básica (também chamada sinalização digital), a sinalização em banda larga (também chamada sinalização analógica) realiza a multiplexação em freqüência (FDM). Com essa multiplexação o espectro de freqüência é dividido em vários canais, cada um podendo suportar diferentes tráfegos. É geralmente utilizada em redes locais em barra. Para a banda básica, existem modems, da mesma forma que na banda larga. Os modems banda base, ou modems digitais, ou data sets, transformam o sinal digital em sinal digital codificado, para que este possa ser transmitido a maiores distâncias através do meio de comunicação. Os circuitos utilizados são dedicados, ou seja, não utilizam os serviços da Rede Pública de Telefonia. Nos circuitos urbanos, utilizam LPCDs (Linhas Privativas de Comunicação de Dados) do tipo B (Banda de Base) e nos circuitos interurbanos são utilizados apenas nos trechos urbanos. O modem banda base é utilizado apenas em distâncias curtas (alguns quilômetros), pois a faixa de freqüência disponível nos meios de comunicação é limitada (ocupam um espectro de freqüência muito maior que 4 KHz, disponíveis em um canal de voz), devendo ser mantido em uma faixa de freqüência com pouca DC (corrente contínua). Outros aspectos importantes são: Utilizam como suporte de transmissão apenas par de fios, portanto não utilizam canal de rádio, multiplex etc. Devido às características dos sinais dos modems banda base, seu custo é muito menor que os modems analógicos. Não são padronizados pelo ITU, possuindo diversos tipos de codificação, de acordo com o fabricante. Os principais esquemas de codificação são: Código NRZ O código NRZ pode ser do tipo Unipolar e do tipo Polar. 23

24 O código NRZ Unipolar, também conhecido como sinal do tipo ON-OFF (Figura (a) a seguir) é o sinal elétrico em banda básica mais simples para transmitir informação binária (bits) e adota a convenção mais usual que estabelece o seguinte: a) Transmissão de um bit 1 corresponde à emissão de um pulso; b) Transmissão de um bit 0 corresponde à não-emissão de pulso. O código NRZ Polar é um tipo de sinal que deriva do ON-OFF (NRZ Unipolar) pela simples eliminação do nível DC. Isso é conseguido fazendo-se com que os níveis representativos dos bits 0 e 1 tenham polaridades simétricas, conforme a figura (c) a seguir. 24

25 Código Unipolar RZ O Sinal Unipolar RZ (Figura (d)) pode ser visto como uma combinação lógica de um sinal ON-OFF (NRZ Unipolar) com sua onda de relógio (Figura (b)). Um bit é representado por um pulso retangular com duração igual à metade do intervalo significativo do bit (retorno ao zero na outra metade), enquanto o bit 0 é representado pela inexistência de pulso. Código Manchester ou Bifase Este sinal faz parte da subclasse de sinais com codificação de fase, onde os bits, em vez de serem representados pelo nível dos pulsos, o são pelas fases dos pulsos (transições). No código Manchester, um bit 1 é representado por uma transição positiva (subida) no meio do intervalo significativo do bit, enquanto o bit 0 corresponde a uma transição negativa (descida) conforme a Figura (e). A componente DC do sinal em código Manchester é independente da estatística dos bits e pode ser eliminado se associarmos polaridades opostas aos níveis do sinal. O sinal resultante é conhecido como Sinal Bifase (Figura (f)). O código Manchester ou Bifase, possui variação denominada de diferencial. O código Manchester Diferencial caracteriza-se pela existência de transições regulares no início e no fim de cada intervalo significativo e pela ocorrência ou não de transições no meio do intervalo, conforme o bit de informação transmitido. Um Sinal Manchester Diferencial, onde a ocorrência de transição no meio do intervalo significativo do bit significa o envio de um 0 e a não-ocorrência de transição intermediária entre duas transições regulares consecutivas significa o envio de um 1, é mostrado na Figura (g). O Sinal Bifase Diferencial (Figura (h)) corresponde a um sinal Manchester Diferencial sem nível DC. Código de Miller O Código Miller também utiliza as transições do sinal para representar os bits de informação. O bit 1 corresponde a uma transição no meio do intervalo significativo do bit, enquanto o bit 0 corresponde a uma transição no fim do intervalo significativo do bit se o próximo bit for um 0. Caso contrário, isto é, quando o bit 0 é imediatamente seguido por um bit 1, nenhuma transição é usada no final do seu intervalo significativo. Código AMI O código AMI (Alternate Mark Inversion), ou código Bipolar Simples, utiliza três níveis de sinal (+, 0, -) para codificar a informação binária. O bit 0 é representado pelo nível 0, enquanto o bit 1 corresponde a pulsos regulares com polaridades alternadas. Esse tipo de sinal não apresenta nível DC nem componentes nas freqüências baixas. Por outro lado, o sinal não carrega a informação do relógio durante a transmissão de 0's. A figura (a) a seguir ilustra os sinais a três níveis correspondentes ao código AMI. 25

26 Código CMI O Código CMI (Code Mark Inversion) é um código onde um bit 1 é representado por níveis de polaridades alternados e um bit 0 por uma transição positiva (subida) no meio do intervalo significativo do bit, conforme a Figura (j) anterior. O sinal CMI não apresenta componentes DC nem componentes em baixa freqüência. Código HDB-3 O Código HDB-3 utiliza a violação da regra bipolar para evitar longos períodos de sinal sem transição. Permite, no máximo, três bits 0's consecutivos serem representados pelo nível 0. De maneira geral, apresenta maior complexidade nos seus circuitos de codificação e decodificação em relação aos códigos Manchester e Bifase. Como vantagens oferecem um espectro concentrado numa faixa de freqüência menor [0,1/T]. A Figura (b) imediatamente anterior ilustra os sinais a três níveis correspondente ao código HDB-3. Comutação A função de comutação (ou chaveamento) em uma rede de comunicação refere-se à alocação dos recursos da rede (meios de transmissão, repetidores, sistemas intermediários etc.) para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados. As principais formas de comutação são denominadas comutação de circuitos, comutação de mensagens e comutação de pacotes. Comutação de Circuitos A comunicação via comutação de circuitos pressupõe a existência de um caminho dedicado de comunicação entre duas estações. A comunicação por essa comutação envolve três fases: 1) Estabelecimento do circuito: antes que estações possam se comunicar, um circuito fim a fim tem que ser estabelecido; isso significa a determinação e alocação de uma rota entre as estações, onde, em cada enlace, um canal é alocado e permanece dedicado a essa conexão até a hora da desconexão do circuito. 2) Transferência de informação: uma vez estabelecida a conexão, os dados podem ser transmitidos e recebidos pelas estações envolvidas. 26

27 3) Desconexão do circuito: após um certo período de tempo a conexão pode ser encerrada, em geral pela ação de uma das estações envolvidas. Sinais de controle devem ser propagados por todos os nós intermediários do circuito de forma que todos os caminhos sejam desalocados. Comutação de Mensagens Na comutação de mensagens não é necessário o estabelecimento de um caminho dedicado entre as estações. Ao invés disso, se uma estação deseja transmitir uma mensagem, ela adiciona o endereço de destino a essa mensagem que será então transmitida pela rede de nó em nó. Em cada nó a mensagem inteira é recebida e o próximo caminho da rota é determinado com base no endereço contido na mensagem. Note que esse caminho pode se encontrar ocupado pela transmissão de uma outra mensagem e, ainda, outras mensagens já podem estar esperando para serem transmitidas por esse mesmo caminho. Nesse caso, a mensagem espera em uma fila até que chegue a sua vez de ser transmitida. Assim, uma mensagem caminha de nó em nó pela rede utilizando apenas um canal por vez, sendo armazenada e retransmitida em cada nó (processo conhecido como store-and-forward). Comutação de Pacotes A comutação de pacotes é semelhante à comutação de mensagens. A principal diferença está no fato de que o tamanho da unidade de dados transmitida na comutação de pacotes é limitado. Mensagens com tamanho acima de um limite devem ser quebradas em unidades menores denominadas pacotes. Pacotes de uma mesma mensagem podem estar em transmissão simultaneamente pela rede em diferentes enlaces, o que reduz o atraso de transmissão total de uma mensagem. Além disso, redes com comutação de pacotes requerem nós de comutação com menor capacidade de armazenamento e os procedimentos de recuperação de erros para pacotes são mais eficientes do que para mensagens. Atualmente, a comutação de pacotes é a melhor que existe. Fontes de Distorção de Sinais em Transmissão Distorção em amplitude A linha de transmissão pode interferir na amplitude do sinal de maneira desigual ao longo da faixa de freqüência, ou seja, atenuar mais algumas componentes do que outras. Esse efeito é chamado de distorção de amplitude. Antigamente para compensar a distorção em amplitude presente nos pares físicos, Michael Pupin propôs equalizar a resposta em freqüência inserindo bobinas distribuídas ao longo da linha regularmente espaçadas. Essas bobinas compensam a distorção natural do par físico, mas atualmente com estão caindo em desuso em virtude das centrais telefônicas manterem um distancia entre si de aproximadamente de 7 Km. 27

28 Ruídos Em qualquer transmissão, o sinal recebido consiste no sinal transmitido modificado por várias distorções impostas pelas características do meio físico adicionadas de outras distorções inseridas durante a transmissão devido à interferência de sinais indesejáveis denominados ruídos. O ruído é um dos maiores limitantes do desempenho de sistemas de comunicação. Ruídos podem ser classificados em: elétricos, intermodulação, crosstalk e ruído impulsivo. O Ruído elétrico é provocado pela agitação dos elétrons nos condutores, estando, portanto, presente em todos os dispositivos eletrônicos e meios de transmissão. Varia com a temperatura e está uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro. Quando sinais de diferentes freqüências compartilham um mesmo meio físico (através da multiplexação em freqüência) pode-se obter um ruído denominado de ruído de intermodulação. A intermodulação pode causar a produção de sinais em uma faixa de freqüências, que poderão perturbar a transmissão de outro sinal naquela mesma faixa. Crosstalk é um ruído bastante comum em sistemas telefônicos. É o fenômeno que comumente chamamos de "linha cruzada". Este efeito é provocado por uma interferência indesejável entre condutores próximos que induzem sinais entre si. O ruído impulsivo é não contínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de prevenção difícil. Tais ruídos podem ser provocados por diversas fontes, incluindo distúrbios elétricos externos, falhas nos equipamentos, etc. Causa maiores problemas na transmissão digital, não afetando muito a transmissão analógica. É a quantidade de sinal aleatório que pode degradar o sinal transmitido. Podemos classificar em dois tipos: Ruído Branco É o sinal cujo espectro cobre toda a faixa de freqüência de - até +, ou seja,possui componentes em todas as freqüências. O ruído branco aparece somado ao sinal, na recepção, devido ao movimento aleatório de elétrons nos pares telefônicos, e é chamado também de ruído térmico. Ruído Impulsivo Esse tipo de ruído pode aparecer na recepção, sendo definido como sinais ou pulsos elétricos não prognosticáveis. 28

29 Atenuação A potência de um sinal cai com a distância, em qualquer meio físico. Essa queda, ou atenuação se dá devido a perdas de energia por calor e por radiação. Em ambos os casos quanto maiores as freqüências transmitidas, maiores as perdas. A distorção por atenuação é um problema facilmente contornado em transmissão digital através da colocação de repetidores que podem regenerar totalmente o sinal original, desde que a atenuação não ultrapasse um determinado valor máximo. Ecos Ecos em linhas de transmissão causam efeitos similares ao ruído. Toda vez que há mudança de impedância numa linha, sinais serão refletidos e voltarão por esta linha, podendo corromper os sinais que estão sendo transmitidos. A utilização de terminadores e transceptores de alta impedância ajudam a evitar a reflexão dos sinais em uma linha de transmissão. A conversão de sistema de 2 fios para 4 fios é feita por um circuito conhecido como híbrida, constituída por dois transformadores. O sinal de transmissão (Tx) é encaminhado ao par de transmissão e atenuado para o par de recepção, devido a configuração dos enrolamentos dos transformadores da híbrida. A atenuação entre os dois pares do lado de 4 fios é chamado de rejeição da híbrida e é da ordem de 40 db, dependendo da impedância da linha do lado de 2 fios e da impedância de casamento, Zl. Assim uma pequena parcela do sinal Rx ainda retorna para Tx. Esse retorno que chega ao lado emissor, dependendo do retardo total da linha telefônica é chamado de eco. Para se evitar esta degeneração, costuma -se instalar um dispositivo chamado de supressor de eco, que é na verdade um atenuador de 50 db ativado pelo sinal de voz que trafega no outro par de fios. Translação de freqüência As vezes se utiliza a multiplexação em freqüência, para agrupar vários canais de voz e fazer uma única transmissão. Os multiplexadores por divisão de freqüência (FDM) realizam esta tarefa, deslocando cada canal de voz para uma posição distinta no espectro de freqüência. Esse deslocamento é feito multiplicando o sinal de áudio por portadoras senoidais e filtrando as bandas laterias. Suponha que as duas freqüências intermediarias não sejam exatamente iguais, neste caso a freqüência da portadora do modem ou o canal de áudio estará transladado na recepção. 29

30 Diafonia (Cross-Talk) É a interferência ocasionada em um circuito de comunicação por outro próximo do mesmo. A diafonia pode ocorrer entre fios ou pares de um cabo ou ainda entre canais multiplexados. Distorção harmônica Essa distorção consiste na presença de tons estranhos ao sinal principal gerados por não linearidades do canal telefônico, tais como a limitação do sinal devido a saturação de circuitos amplificadores ou filtros. Esses tons indesejáveis possuem freqüências múltiplas do sinal principal, ou seja, são harmônicos do sinal principal. Drop out É a perda abrupta do sinal por um curto intervalo de tempo, ao longo do meio de comunicação. Este é normalmente ocasionado por soldagem mau feita, mau contato e também pelo mau tempo atmosférico em transmissão via rádio. Detecção de Erros Durante a transmissão de um quadro é normal surgirem erros, em grande parte devidos a ruído existente na linha de transmissão. Quando um quadro é recebido, é importante saber se existem erros, se um erro não é detectado esse quadro será utilizado pelos níveis superiores originando problemas diversos que se podem estender até às aplicações. Não só é importante detectar os erros nos quadros como também devem existir mecanismos que permitam a sua correção. Uma solução é utilizar um mecanismo de detecção de erros dito autocorrector (error-correcting code). A outra solução é pedir ao emissor que efetue a retransmissão do quadro (backward error correction). Os mecanismos auto-correctores também conhecidos por forward error correction obrigam a um aumento muito grande da informação de controle, no limite igual ao comprimento de dado. Por esta razão só é utilizada em situações muito específicas em que não há alternativa, por exemplo numa transmissão simplex (unidireccional). Seja qual for o mecanismo pelo qual se efetua a detecção de erros envolve geralmente a inclusão no quadro de um campo contendo informação calculada a partir dos dados ou de todo o quadro. Quando o receptor recebe o quadro, executa o mesmo cálculo e compara o valor obtido com o que foi colocado pelo emissor. Se são iguais, supõe-se que não há erros. A verificação de paridade é um dos mecanismos mais simples para detecção de erros (parity check): a cada caractere transmitido é acrescentado um bit de tal modo que o total de bits 1 seja par (even 30

31 parity) ou ímpar (odd parity). É habitual a utilização de paridade par para comunicações assíncronas e a paridade ímpar para comunicações síncronas. Exemplo: usando a paridade par, ao transmitir o byte , será acrescentado um bit com o valor 1 (para tornar par, o número de bits 1). Quando a informação chega ao receptor este verifica se o número de bits 1 é par e assim saberá se existe algum erro. A verificação de paridade funciona quando, devido à ocorrência de erros, um número ímpar de bits é invertido, se esse número é par então o erro não é detectado. Esta situação é vulgar quando existem picos de ruído na linha, que freqüentemente induzem erros em vários bits consecutivos. Existem mecanismos melhorados que utilizam a paridade e permitem diminuir significativamente a probabilidade de um erro não ser detectado. O LRC (Longitudinal Redundancy Check) realiza a mesma operação longitudinalmente para os caracteres transmitidos em uma seqüência. No final da seqüência, é acrescentado um caractere de paridade. Cada bit desse caractere está associado aos mesmos bits dos caracteres transmitidos. A figura seguinte exemplifica este mecanismo para uma seqüência de 10 caracteres de 8 bits cada: A verificação da paridade de cada caractere é também conhecida por VRC (Vertical Redundancy Check). O método de redundância cíclica CRC-12 possui um total de 12+k bits, sendo que k são de informação (12+k,k). Da mesma maneira o CRC da ITU pode ser definido por (16+k,k). Os polinômios geradores para o CRC-12 e CRC-ITU são definidos pelas expressões: G(X) = x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x + 1, e G(X) = x 16 + x 12 + x O polinômio gerador pode ser implementado utilizando-se portas ou-exclusivo, e flip-flops tipo D (células de memória), em uma configuração que permita um deslocamento dos bits. Esse código é utilizado basicamente em comunicações seriais. Uma aplicação em paralelo pode ser feita utilizandose vários polinômios geradores, um para cada bit da informação paralela, transmitindo simultaneamente. O funcionamento é bem simples, inicialmente os registradores do polinômio gerador (BCR registro de verificação do bloco), são preenchidos com algum valor, como por exemplo zero. Os bits de informação são transmitidos serialmente, cada um provocando uma alteração na primeira porta XOR, que iniciará um deslocamento pelo restante do circuito. Após toda a palavra ter sido transmitida, o BCR estará pronto, sendo também transmitido. Na recepção existe um G(x) idêntico preenchido com os mesmos valores iniciais. Após a recepção da informação ambos G(x) devem conter o mesmo BCR, e finalmente após a recepção do BCR, o BCR do receptor deve conter seu valor inicial, por exemplo zero. Esse código é utilizado para correção de alguns erros em rajada e de qualquer erro simples (1 bit errado). 31

32 Meios Físicos O meio de transmissão é o caminho físico entre o transmissor e receptor em uma rede de comunicação. Os sinais elétricos viajam através de meios físicos que podem ser fios metálicos, cabos coaxiais, fibras óticas, ondas de rádio etc, dependendo da quantidade de informação que pode ser transmitida por unidade de tempo e da distância. A quantidade de informação está relacionada principalmente com a freqüência dos sinais elétricos codificados. A figura a seguir mostra alguns exemplos de cabos e conectores: Na figura anterior, da esquerda para a direita, tem-se: cabo coaxial fino com conector BNC (Bayone-Neil-Concelman), os conectores BNC mais comuns são o conector T, cilíndrico e o terminador; cabos e conectores de fibra ótica; fios de par trançado blindados com conector Token Ring da IBM; fios de par trançado sem blindagem com conector modular (RJ-45). Par Trançado Como o próprio nome indica, a fiação de par trançado é composta por pares de fios isolados uns dos outros e trançados juntos dentro de uma capa isolante. A trança dos pares de fios produz um efeito de proteção mútua. Esse efeito diminui a absorção e a radiação de energia elétrica, mas não é tão eficiente quanto uma lâmina metálica ou malhas externas. A transmissão no par trançado pode ser tanto analógica quanto digital. Radiação pode ocorrer quando a separação dos condutores e o comprimento da onda se aproximam. Como conseqüência existe um limite na freqüência de transmissão. A banda passante do par trançado é notavelmente alta, considerando o fato de ele ter sido projetado para o tráfego analógico telefônico. Taxas de transmissão podem chegar até a ordem de alguns megabits por segundo, dependendo da distância, técnica de transmissão e qualidade do cabo. 32

33 A perda de energia é um parâmetro importante quando se discute não só a taxa máxima de transmissão, mas também a distância máxima permitida, qualquer que seja o meio de transmissão. A perda de energia aumenta com o aumento da distância, até chegar a um ponto onde o receptor não consegue mais reconhecer o sinal. Energia pode ser perdida por radiação ou por calor. Em geral um par trançado pode chegar até várias dezenas de metros com taxas de transmissão de alguns megabits por segundo. A desvantagem do par trançado é sua susceptibilidade à interferência e ruído, incluindo crosstalk de fiação adjacente. Esses efeitos podem, no entanto, ser minimizados com uma blindagem adequada. O par trançado pode ser blindado ou não. Em sistemas de baixa freqüência a imunidade ao ruído é tão boa quanto a do cabo coaxial. Em freqüências um pouco mais elevadas (acima de cerca de 100kHz) o cabo coaxial é bem superior. O par trançado é o meio de transmissão de menor custo por comprimento. A ligação de nós é também extremamente simples, e portanto de baixo custo. Com o aumento das taxas de transmissão, cabos de par trançado de melhor qualidade foram gradativamente sendo produzidos. Criou-se uma classificação para cabos sem blindagem que leva em consideração as diversas capacidades de utilização e aplicação. Tal classificação distingue cinco categorias de pares UTP (Unshielded Twisted Pairs) numeradas de 1 a 5. A categoria 1 é basicamente utilizada em sistemas de telefonia, a categoria 3 corresponde ao cabo UTP tipo 3 definido pela IBM, utilizados em sistemas com baixas taxas de transmissão. As aplicações básicas das categorias restantes são listadas abaixo. Categoria 3 - Cabos e hardware com características de transmissão de até 16 Mhz. Utilização típica em taxas de até 10Mbps (10Base-T). Categoria 4 - Cabos e hardware com características de transmissão de até 20 Mhz. Utilização típica em taxas de até 16Mbps (10Base-T ou Token Ring). Categoria 5 - Cabos e hardware com características de transmissão de até 100 Mhz. Utilização típica em taxas de até 100Mbps (10Base-T, 100Base-T, FDDI, ATM, Token Ring). Categoria 6 - Cabos e hardware com características de transmissão de até 250 Mhz. Utilização típica em taxas de até 1000Mbps (10Base-T, 100Base-T, 1000Base-T, FDDI, ATM, Token Ring). Categoria: CAT 6a: é uma melhoria dos cabos CAT6. O a de CAT6a significa augmented (ampliado). Os cabos dessa categoria suportam até 500 MHz e podem ter até 55 metros no caso da rede ser de Mbps, caso contrario podem ter até 100 metros. Para que os cabos CAT 6a sofressem menos interferências os pares de fios são separados uns dos outros, o que aumentou o seu tamanho e os tornou menos flexíveis. Essa categoria de cabos tem os seus conectores específicos que ajudam à evitar interferências. As taxas usadas nas redes com o cabo par trançado são: 10 Mbps (Ethernet); 100 Mbps (Fast Ethernet); ou 1000 Mbps (Gigabit Ethernet). Categoria 5e x Categoria 6 A principal diferença entre a Categoria 5e e a Categoria 6 está na performance de transmissão e na largura de banda estendida de 100MHz da Categoria 5e para 250MHz da Categoria 6. A largura de banda é a medida da faixa de freqüência que o sinal de informação ocupa. O termo é também usado em referência às características de resposta em freqüência de um sistema comunicação. No sentido 33

34 mais qualitativo, a largura de banda é proporcional à complexidade dos dados transmitidos. Já a performance se traduz em uma menor atenuação, melhor NEXT, perda de retorno e ELFEXT, possibilitando uma melhor relação sinal/ruído. Devido a esses fatores (performance e largura de banda), associando uma melhor imunidade às interferências externas, os sistemas que operam em Categoria 6 são mais estáveis em relação aos sistemas baseados na Categoria 5e. Isto significa redução nas retransmissões de pacotes, proporcionando uma maior confiabilidade e estabilidade para a rede. Outro fato que deve ser considerado é que os requisitos para o link (meio de transmissão entre dois pontos, não incluindo a conexão de equipamentos) e canal (meio de transmissão fim-a-fim entre dois pontos no qual existem equipamentos de aplicações específicos conectados) na Categoria 6 são compatíveis com os da Categoria 5e, fazendo com que os projetistas escolham a Categoria 6, substituindo as redes Categoria 5e. Normas de Conectorização Atualmente, o cabo de par trançado mais comum é o cabo com quatro pares. Em função disto, vamos conhecer melhor as técnicas de terminação (ou conectorização) deste tipo de cabo. Existem três diferentes normas de terminação : T568A, T568B e USOC. Elas estabelecem diferentes combinações de cores/pinos. Destas, a mais comum é a T568B. A USOC não é utilizada por reduzir implicar em índices de diafonia muito elevados. Na prática, portanto, se utilizam as normas T568A e T568B. Ambas as normas determinam alguns pontos básicos: Os pares de fios tem seus componentes identificados como TIP e RING, onde o TIP é sempre branco e o RING é uma cor sólida. Os pares são numerados de 1 a 4 e possuem cores padronizadas em todo o mundo, conforme a tabela abaixo : Número do Par Cor do TIP Cor do RING 1 Branco Azul 2 Branco Laranja 3 Branco Verde 4 Branco Marron Tabela 3 - Padrão de cores para cabos de quatro pares O par 1 é sempre montado no centro do conector modular (pinos 4 e 5), para garantir compatibilidade com as normas de telefonia. Isto permite, por exemplo, que um conector modular macho de quatro pinos ( RJ-11 ) seja conectado a uma conector modular fêmea ( RJ-45 ) sem problemas de operação. O par 4 é montado nos dois últimos pinos do conector (7 e 8) em ambas as normas. A diferença entre as duas normas fica por conta da montagem dos pares 2 e 3. Veja a seguir um desenho representando a disposição das cores nas duas normas. 34

35 Padrão T568A Padrão T568B T568A T568B Conector Fio Conector Fio Pino 1 Verde/Branco Pino 1 Laranja/Branco Pino 2 Verde Pino 2 Laranja Pino 3 Laranja/Branco Pino 3 Verde/Branco Pino 4 Azul Pino 4 Azul Pino 5 Azul/Branco Pino 5 Azul/Branco Pino 6 Laranja Pino 6 Verde Pino 7 Marrom/Branco Pino 7 Marrom/Branco Pino 8 Marrom Pino 8 Marrom 35

36 Crossover Um cabo crossover, é um cabo de rede par trançado que permite a ligação de 2 (dois) computadores pelas respectivas placas de rede sem a necessidade de um concentrador (Hub ou Switch) ou a ligação de modems. A alteração dos padrões das pinagens dos conectores RJ45 dos cabos torna possível a configuração de cabo crossover. A ligação é feita com um cabo de par trançado onde tem-se: em uma ponta o padrão T568A, e, em outra, o padrão T568B (utilizado também com modems ADSL). 1ª e 2ª pontas (da esquerda para a direita) Padrão T568B: Padrão T568A: o branco laranja (Recepção) o branco verde (transmissão) o laranja (Recepção) o verde (transmissão) o branco verde (Transmissão) o branco laranja (Recepção) o azul o azul o branco azul o branco azul o verde (Transmissão) o laranja (Recepção) o branco marrom o branco marrom o marrom o marrom Cabos Coaxiais Os cabos coaxiais consistem em um fio central de cobre - maciço ou maleável envolvido por uma blindagem de cobre trançado como uma malha de cobre ou uma lâmina metálica. A malha e o condutor central têm o mesmo eixo, daí o nome cabo coaxial. Isolantes de plástico flexível (dielétrico) separam os condutores interno e externo, e outra camada de revestimento cobre a malha externa. O condutor externo protege o condutor interno de sinais elétricos externos e reduz a radiação de sinais internos. A distância entre os dois condutores, o tipo de isolamento e outros fatores proporcionam a cada tipo de cabo características elétricas específicas chamadas de impedância. Existe uma grande variedade de cabos coaxiais, cada um com características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta freqüência, outros têm atenuação mais baixa, outros são mais imunes a ruídos e interferência etc. 36

37 Os cabos de mais alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar, mas cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para altas velocidades e longas distâncias. O cabo coaxial, ao contrário do par trançado, mantém uma capacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento do cabo. Essa característica vai lhe permitir suportar velocidades da ordem de megabits por segundo, sem necessidade de regeneração do sinal e sem distorções ou ecos, propriedade que revela a alta tecnologia já dominada. Comparado com o par trançado, o cabo coaxial tem uma imunidade a ruído de crosstalk bem melhor e uma fuga eletromagnética mais baixa. A transmissão em banda larga fornece uma imunidade ao ruído melhor do que em banda básica. Além disso, os ruídos geralmente presentes em áreas urbanas e industriais são de baixa freqüência, tornando as transmissões em banda básica mais susceptíveis a eles. Quanto ao custo, o cabo coaxial é mais caro do que o par trançado, assim como é mais elevado o custo das interfaces para ligação ao cabo. Esquemas diferentes de sinalização de rede local, como o Ethernet e o ARCnet utilizam cabos com impedâncias específicas e portanto intercambiáveis. É necessário um pouco de experiência e prática para instalar os conectores dos cabos coaxiais. A técnica é importante pois uma conexão ruim pode interromper a operação de toda uma rede. Vale a pena gastar um pouco mais comprando conectores cobertos por prata e não por estanho. É importante também investir numa boa ferramenta para instalar os conectores. A tabela a seguir resume os principais tipos de Cabos Coaxiais: Tipos de Cabo Impedância/Conector Uso RG-8 (cabo espesso Ethernet) 50 W / Transceptor - MAU 10BASE5 RG-11 (cabo espesso Ethernet) 50 W / Transceptor - MAU 10BASE5 RG-58 (cabo fino Ethernet) 50 W / BNC 10BASE2 RG W / BNC ARCnet RG W Televisão Fibra Ótica Os cabos de fibra ótica são compostos por fibras de vidro em vez de fios. Esses cabos leves fornecem os canais de som estéreo que chegam aos passageiros das linhas aéreas e eliminam centenas de quilos de fios. Atualmente muitas LANs baseadas em PCs estão utilizando cabos de fibras óticas devido às suas vantagens. 37

38 Uma fibra é constituída basicamente por uma casca envolvendo um núcleo ambos de sílica, porém com índices de refração diferentes. Existe ainda um encapsulamento plástico envolvendo a casca para dar proteção mecânica a fibra. O cabeamento de fibra ótica oferece muitas vantagens sobre o fio de cobre, inclusive total isenção de interferências elétricas, um diâmetro pequeno que permite aproveitar os conduítes do seu prédio e o potencial de transportar grandes volumes de dados em alta velocidade através de longas distâncias. É composto de fibra de vidro envolta por uma camada de Kevlar. Pequenos LEDS (Light Emiting Diode) ou raios laser enviam pulsos de luz que representam os bits 0 e 1 da mensagem digital através da fibra ótica. Praticamente todas as tecnologias de rede local de fibra ótica utilizam dois filamentos de fibra ótica para cada nó, e dessa forma algumas das vantagens do tamanho do cabo de fibra ótica sobre os cabos coaxiais de cobre pequenos se perdem em instalações reais. Através de sistemas de fibra ótica, centenas de transmissões de dados podem se transmitidas simultaneamente em altas velocidades através de uma fibra de vidro um pouco mais espessa do que um fio de cabelo. Mas a principal vantagem dos cabos de fibra ótica não é a velocidade da transmissão de dados (instalações EIA/TIA Level 5 UTP podem transportar dados a 155 megabits por segundo), e sim o aumento da distância que esses dados são transportados. A fibra ótica permite conexões mais longas sem necessitar da instalação de dispositivos de repetição de sinais e também fornece total imunidade contra interferência em ambientes de ruídos elétricos, mas não transporta os dados com mais rapidez. 38

39 Os sistemas de fibra ótica que substituem os cabos de cobre, utilizam um modelo de fiação em estrela de um centro de fiação (hub) para cada nó, ou apenas conectam centros de fiação que estejam localizados em diferentes partes de um edifício ou campus. Redes sem Fios Comunicação sem fio (Wireless computing), refere-se a sistemas de informática conectados a um ambiente de trabalho via ligações sem fio, utilizando tecnologias como radio freqüência (RF), infravermelho, microondas ou LASER. O sinal de rádio opera na faixa de telemetria em UHF, dentro das limitações legais de potência e modulação. O sinal é modulado em espectro espalhado (spread spectrum), uma técnica que minimiza a possibilidade de interferência com outros sistemas de comunicações que operam em freqüências próximas. A velocidade do enlace é de 2 Mbps e o canal é compartilhado pelos vários clientes, de modo que cada cliente tem uma banda média de 2/n Mbps, onde n é o número total de clientes. De uma maneira geral, wireless é o termo aplicado aos dispositivos de informática envolvidos em uma LAN sem fio ou até mesmo uma WAN que contenha elementos que utilizem conexões sem fio. Este serviço é mais barato do que uma linha privativa com um desempenho substancialmente melhor. Wireless LANs Redes sem fio se potencializam com o uso de computadores portáteis. Uma conexão sem fio permite que os computadores portáteis continuem sendo portáteis sem sacrificar as vantagens de estar conectado a uma rede. Virtualmente, tais máquinas podem ser usadas em qualquer lugar dentro de um prédio que possua uma Wireless LAN. É uma alternativa para as redes tradicionais, baseadas em par trançado, cabo coaxial e fibra ótica. As redes sem fio têm o mesmo propósito que uma rede cabeada: dispor informações a todos os dispositivos ligados à rede. Contudo, sem o cabeamento físico para amarrar a localização de uma estação, a rede torna-se muito mais flexível: é fácil mover uma estação sem fio. As redes locais sem fio também são uma boa opção quando a arquitetura de um prédio torna difícil (ou impossível) a passagem de cabos de rede. As redes wireless podem ser usadas em combinação com LANs cabeadas, onde os pontos que necessitam mobilidade são conectados à rede pelo meio wireless e as estações fixas são ligadas à rede via cabo. Existem basicamente, quatro tipos de tecnologias de transmissão empregadas na construção de redes locais sem fio: Spread Spectrum, Infravermelho, Rádio-microondas e LASER. Considerando o caso de uma LAN, onde haja a necessidade de interligação de vários prédios, espalhados dentro de um parque industrial, comercial ou até mesmo de uma universidade, seria muitas vezes complicado e indesejável utilizar cabo ou fibra para tal ligação. No interior de cada prédio não haveriam muitos problemas em utilizar-se cabo ou fibra, mas talvez para a interligação dos prédios seria preciso abrir canaletas atravessando ruas, o que além de custoso poderia causar grandes transtornos. Uma solução mais barata e fácil, seria instalar um transmissor e um receptor a LASER ou infravermelho no telhado de cada prédio. A ligação entre as LANs seria feita então através desta rede hierárquica que utiliza laser ou infravermelho. 39

40 Este tipo de comunicação é totalmente digital e altamente direcional, o que torna o sistema imune a interferências ou grampos. Entretanto, dependendo do comprimento de onda escolhido, fenômenos como chuva ou neblina podem interferir nesta comunicação. Wireless WANs É um novo conceito de rede que reúne os conceitos de WAN (Wide Area Network) e de comunicação sem fio, como a telefonia celular, por exemplo. Uma WAN usa fibra ótica, modems de alta velocidade, fios etc. Uma Wireless WAN usa antenas, transmissores e receptores de rádio etc. Assim como na LAN sem fio, a tecnologia mais viável para a WAN é a Spread Spectrum, embora as tecnologias de microondas e LASER possam ser boas opções de conectividade, em função da natureza e características da conexão a ser viabilizadas. A transmissão de rádio em freqüência de microondas é uma alternativa para a comunicação de dados a longa distância. A transmissão de televisão e a transmissão telefônica são exemplos de sistemas que utilizam esta técnica de comunicação. Os dados são transmitidos através de antenas parabólicas montadas em torres, sendo que, quanto mais alta for a antena, maior será o alcance do sinal em quilômetros. A principal vantagem das microondas em relação ao cabo ou fibra, é que a construção de duas torres é mais barato do que a colocação do cabo ao longo de grandes distâncias (dezenas e até centenas de quilômetros por exemplo). Além disto, a manutenção de um sistema desses, utilizando cabo, é mais penoso do que as microondas. Por outro lado, as microondas estão sujeitas a interferências por fenômenos atmosféricos e tempestades. Spread Spectrum Spread Spectrum também conhecida como CDMA (code-division multiple access), atualmente é a tecnologia de transmissão mais utilizada em Wireless LANs, devido ao fato de ser menos sensível a interferências do meio que as outras tecnologias. A transmissão com tecnologia Spread Spectrum atravessa obstáculos com mais facilidade que sistemas que utilizam microondas, por utilizar freqüências mais baixas, portanto mais fáceis de ultrapassar barreiras como paredes, por exemplo. Existem dois tipos de Spread Spectrum: a Frequency Hopping Spread Spectrum e a Direct Sequence Spread Spectrum, as quais são descritas a seguir. Frequency Hopping Sprend Spectrum Um transmissor envia o sinal sobre uma série aparentemente randômica de freqüências de rádio. Um receptor, "saltando" entre tais freqüências em sincronia com o transmissor, capta o sinal. A mensagem é totalmente recebida apenas se a série de freqüências é conhecida, ou seja, apenas o receptor que conhecer as freqüências nas quais o transmissor "saltará" para enviar o sinal, poderá receber com sucesso todos os dados. Na Frequency Hopping, a velocidade de transmissão de dados pode chegar até a 2Mpbs. Direct Sequence Spread Spectrum Também conhecida como pseudonoise (pseudoruído), esta técnica é a que a maioria das Wireless LANs utiliza. Os transmissores utilizados nessa tecnologia enviam o sinal com a adição de bits redundantes de dados chamados chips, ou seja, com um falso ruído. 40

41 São adicionados pelo menos dez chips para cada bit de dado. Assim como um receptor de Frequency Hopping, um receptor de Direct Sequence precisa conhecer o código de difusão de um transmissor para poder decifrar os dados corretamente. Uma vez que o receptor tenha captado todos os sinais de dados, ele usa um correlator, baseado no código de difusão, para remover os chips e truncar o sinal ao tamanho original. O código de difusão é o que permite que diversos sistemas de Direct Sequence Spread Spectrum operem em uma mesma área sem um interferir no outro. Qualquer que seja o método de Spread Spectrum utilizado, o resultado final é um sistema extremamente confiável no que diz respeito à intrusão, que não interfere em outros serviços e ainda assim carrega uma razoável largura de banda de dados. Infravermelho As LANs baseadas em infravermelho utilizam a mesma tecnologia usada em produtos como controles remoto de aparelhos de TV e videocassetes. A maior vantagem do infravermelho é a sua habilidade de carregar uma grande largura de banda, podendo atingir até 16Mbps, operando na faixa de 100THz. Entretanto, o infravermelho pode ser facilmente obstruído: a luz não pode atravessar objetos sólidos e opacos como paredes e pode receber interferências de iluminação do ambiente. Link de Rádio Enlaces de alta performance requerem meios de transmissão mais eficientes, normalmente cabo coaxial ou rádio, sendo a escolha dependente basicamente da disponibilidade e custo O cabo coaxial é bem mais econômico, embora possua limitações de distância. No rádio, a limitação não é mais a distância e sim o custo As faixas de freqüência que mais se relacionam com a transmissão de dados estão acima de 30 MHz Sistemas UHF e VHF (30 a 300MHz) Sistemas SHF Comunicações a longa distância, sendo sistemas de alta performance operando com elevado número de canais Apresentam inconvenientes, sendo o principal o custo Todos os sinais transmitidos entre computadores consistem em alguma forma de onda eletromagnética, variando de freqüências de rádio até luz infravermelha e microondas. Pode-se subdividir a tecnologia de REDES SEM FIO em três tipos básicos, correspondendo a três cenários básicos de redes: Redes Locais (LANs): ocasionalmente, pode-se ter uma rede local totalmente sem fios. No entanto, é mais comum encontrar-se uma ou mais máquinas sem fios que irão funcionar como membros de uma rede local baseada em cabo. Uma rede local com componentes sem fio e baseados em cabos são chamadas de híbridas. Redes Locais estendidas: uma conexão sem fio serve como um backbone entre duas redes locais. Por exemplo, uma empresa com redes de escritórios em dois edifícios separados mas próximos poderiam conectar essas redes usando uma ponte sem fio. Computação móvel: uma máquina móvel se conecta com uma rede usando a tecnologia celular ou de satélite. 41

42 Rádio-microondas Seu principal uso é interconectar redes locais em diferentes prédios. Devem ser utilizados aparatos para microondas (microwave dish aparato com o formato de uma antena parabólica) em ambos os lados da conexão. Os sistemas wireless que utilizam microondas conseguem ultrapassar pequenos obstáculos como, por exemplo, paredes finas. Eles operam na faixa de freqüência de 18 GHz e podem atingir velocidades de transmissão máximas de até 15Mbps. LASER Os sistemas a LASER são mais comumente utilizados para conexões ponto-a-ponto de longa distância, como a interligação de duas LANs em prédios separados, por exemplo. A distância entre os pontos de conexão é um dos principais pontos que diferenciam a utilização de sistemas wireless LASER e sistemas wireless infravermelho. Este é mais utilizado em ambientes internos (escritórios, oficinas etc.), onde as distâncias entre os pontos de conexão são bem menores em relação às encontradas em ambientes externos. Os sistemas baseados em tecnologia LASER necessitam de visada direta entre os pontos para poder operar, isto é, o receptor deve estar na mesma linha do transmissor para haver comunicação entre os pontos de conexão. Os sistemas wireless a LASER estão sujeitos a interferências climáticas, como chuvas e nevoeiros que podem interromper a transmissão. Arquiteturas e Padrões As redes de computadores surgiram da necessidade da troca de informações e compartilhamento de recursos entre equipamentos de processamento de dados. Logo a estrutura de uma rede de computadores é formada por um conjunto de computadores (equipamentos processadores de dados) e um sistema de comunicação, que permite a transmissão de informações. Este sistema de comunicação se constitui de um arranjo topológico, físico e lógico, interligando os vários computadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras com o fim de organizar a comunicação(protocolos). Este conjunto de regras (protocolos) foi estruturada em níveis (camadas hierárquicas) numa rede. Isto tornou mais eficiente e simples a implementação da rede, pois uma vez definida as funções e serviços de um determinado nível da rede, pode-se projetá-lo, seguindo uma padronização específica, se preocupando somente com as funções daquele nível e, mais tarde, caso se quisesse fazer alguma alteração num nível qualquer da rede devido a algum avanço tecnológico não era necessário alterar a estrutura global da rede. Os limites entre cada nível da rede são chamados interfaces. Assim, definimos este conjunto de níveis, interfaces e protocolos de arquitetura da rede. Para permitir a troca de informações entre computadores de fabricantes diferentes, tornou-se necessário definir uma arquitetura única, aberta e pública. Com isso surgiu a OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection), que propõe uma estrutura de sete níveis (físico, enlace, rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação) como referência para a arquitetura dos protocolos de redes de computadores, usado tanto em redes de longa distância como em redes locais. 42

43 Padrões para os níveis físico e enlace de redes locais de computadores foram definidos pela recomendação IEEE802. A coexistência de redes heterogêneas (locais, metropolitanas e de longa distância) fez com que se tornasse necessário definir uma arquitetura voltada para a interconexão dessas redes. Nesse contexto destaca-se a arquitetura Internet que baseia-se na família de protocolos TCP/IP. Às vezes é necessária a troca de informações entre computadores que se encontram em redes de computadores distintas. Com isso surgiu a necessidade de se projetar inter-rede. A filosofia por trás das inter-redes consiste em considerar cada rede como um meio de comunicação por onde deverão transitar as mensagens até as estações intermediárias especiais que têm como função interligar física e logicamente as duas redes distintas. Estas estações intermediárias especiais são chamadas de gateways. Com a introdução de um sistema de comunicação para interligar os equipamentos processadores de dados, formando uma rede de computadores, fez-se necessário modificações nos computadores para viabilizar sua ligação à rede. Do ponto de vista do hardware foi necessária a instalação da placa de interface da rede, além do cabeamento extra, e do ponto de vista do software, foi introduzido o sistema operacional de rede. Conceitos Básicos Sobre Redes O comércio e a sociedade mundial estão se baseando cada vez mais na utilização de informações. A utilização de informações substitui a necessidade de se realizarem levantamentos sistemáticos em linhas de produção ininterrupta. Em algumas organizações, a informação está presente em todas as atividades. Em outras, a informação tanto é matéria-prima como o produto final. A tecnologia da informação tem sido o lubrificante que tornou possível que empresas modernas deixassem o seu esquema de gerenciamento hierárquico para se tornarem organizações mais niveladas, dinâmicas e lucrativas. Os computadores armazenam e classificam informações e as redes de comunicações transportam informações entre computadores. Os computadores e suas redes formam a infra-estrutura de produção e transporte das organizações e sociedades modernas. Nos dias atuais a maioria das pessoas precisa saber como utilizar dispositivos que permitam a obtenção de informações, como aparelhos de televisão e rádio; e um número cada vez maior de pessoas precisa saber como incluir e extrair informações de um computador. Por esse motivo, a necessidade de se utilizar um computador conectado a uma rede de comunicações é cada vez maior. No mundo da conectividade, a interconexão entre sistemas de computador produzidos por diferentes fabricantes é um desafio. Atualmente, você pode comparar componentes tomando como base suas características, preço, serviços, suporte e disponibilidade, sabendo, em geral, que os produtos de software e hardware que está comprando funcionarão juntos. Mas, como fazer para que máquinas com arquiteturas diferentes, rodando sistemas operacionais diferentes, comunicando-se por protocolos diferentes, sejam capazes de interagir entre si. O estabelecimento de padrões é uma tentativa. Existem várias instituições que são responsáveis por definir padrões em termos de linguagem e sistemas, como a ANSI (American National Standards Institute) e a ISO (International Standardization for Organization). 43

44 Redes de Longa Distância (WAN) e Redes Locais (LAN) As redes de computadores, em geral, são classificadas pela distância coberta pelo seu sistema de comunicação. Assim temos dois tipos básicos de rede: Rede Local ou LAN (Local Area Network) e Rede Remota ou WAN (Wide Area Network). As redes locais limitam-se a uma área restrita (ambientes de trabalho em empresas ou universidades), que geralmente envolvem pequenas distâncias. Essa distância pode variar muito; de poucos metros a muitos quilômetros. As redes remotas surgiram da necessidade de compartilhamento de recursos entre usuários geograficamente dispersos, por isso cobrem grandes distâncias (às vezes continentais). Possui um custo de comunicação bastante elevado e geralmente seu sistema de comunicação é mantido, gerenciado e de propriedade de grandes operadoras (públicas ou privadas), e seu acesso é público. Existem vários parâmetros que vão determinar a adequação da rede a um determinado sistema. Entre os principais temos: custo (do meio de comunicação e das estações de processamento), retardo de transferência da mensagem, desempenho, confiabilidade, modularidade e compatibilidade. A modularidade diz respeito à facilidade de modificação e crescimento da rede. A confiabilidade pode ser avaliada em termos de tempo médio entre falhas, tolerância a falhas, tempo de reconfiguração após falhas etc. A compatibilidade é a capacidade que o sistema possui para se ligar a dispositivos de vários fabricantes. O retardo de transferência é a soma dos retardos de acesso e de transmissão. O retardo de acesso é o tempo que uma estação espera, a partir do momento em que uma mensagem está pronta para ser transmitida, até o momento em que ela consegue transmitir; e o retardo de transmissão é o intervalo de tempo decorrido desde o início da transmissão de uma mensagem por uma estação de origem até o momento em que a mensagem chega à estação de destino. Salas ( 10m), prédios ( 100m), campi ( 1 km). Um grupo de microcomputadores ou outras estações de trabalho conectados na mesma área, para a troca de informações. Em geral, um ou mais computadores agem como servidores para o propósito de compartilhar periféricos (hard disks, impressoras, etc). 44

45 Países ( 100 km), Continentes ( 1000 km), Planeta ( km). Conexão de 2 ou mais redes através de máquinas denominadas gateways. Exemplo: Internet. Consistem de conjuntos de nós interconectados, que provêem facilidades de comutação para transportar dados de nó a nó, da fonte ao destino. Redes WANs podem ser implementadas com base em duas tecnologias: comutação de circuitos e, na maioria das vezes, comutação de pacotes. 45

46 Topologias Uma rede de computadores se constitui um conjunto de módulos processadores (computadores) e por um sistema de comunicação. O sistema de comunicações vai se constituir de um arranjo topológico interligando os vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras com o fim de organizar a comunicação (protocolos). A topologia de uma rede de comunicações refere-se à forma como os enlaces físicos e o nós de comutação estão organizados. Ela irá muitas vezes, caracterizar o tipo, eficiência e velocidade da rede. Linhas de Comunicação As ligações físicas podem ser de 2 tipos: ponto a ponto ou multiponto. Ligações ponto a ponto caracterizam-se pela presença de apenas dois pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace ou ligação em questão. Nas ligações multiponto observa-se presença de três ou mais dispositivos de comunicação com possibilidade de utilização do mesmo enlace. A forma de utilização do meio físico que conecta estações dá origem à seguinte classificação sobre a comunicação no enlace: Simplex: o enlace é utilizado apenas de um dos dois possíveis sentidos de transmissão. Half-duplex: o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de transmissão, porém apenas um por vez. 46

47 Full-duplex: o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de transmissão simultaneamente. Redes Locais Uma alternativa de conexão quando várias estações querem compartilhar recursos é se ter ligações ponto a ponto entre cada 2 estações (topologia totalmente ligada). Apesar dessa configuração apresentar maior grau de paralelismo de comunicação, torna-se impraticável, em rede com muitos micros interligados, pois para cada n estações são necessárias n(n-1)/2 ligações ponto a ponto, o que faz com que o custo do sistema, em termos de instalação de cabos e hardware, se torne economicamente inviável. O ideal é uma topologia parcialmente ligada. Nesta topologia, nem todas as ligações entre pares de estações estão presentes, mas caminhos alternativos existem e podem ser utilizados em casos de falhas e congestionamentos em determinadas rotas. Em redes locais, meios de transmissão de alta velocidade, de baixa taxa de erro, de baixo custo e privados podem ser conseguidos com determinadas tipos de arranjo topológico. Serão examinados as topologias mais utilizadas: estrela, anel e barra. Topologia em Estrela Nesse tipo de tipologia cada nó é interligado a um nó central (mestre), através do qual todas as mensagens devem passar. Tal nó age como um centro de controle da rede, interligando os demais nós (escravos). Logo a função do nó central é o chaveamento (ou comutação) entre as estações que desejam se comunicar, ele é denominado comutador ou switch. 47

48 Várias redes em estrela operam em configurações onde o nó central tem tanto a função de gerência de comunicações como facilidades de processamento de dados. Em outras redes, o nó central tem como única função o gerenciamento de comunicações. Algumas vantagens de se utilizar a topologia em estrela, entre outras, são: a não necessidade de roteamento, possibilidade de se atuar por difusão (broadcasting), onde um nó central envia as informações para todos os nós da rede. Entre as desvantagens principais está a confiabilidade da rede, pois se o nó central falhar, pode provocar a parada total do sistema; e o custo de se tornar o nó central confiável pode mascarar o benefício obtido pela simplicidade das interfaces exigidas pelas estações secundárias. Outro problema deste tipo de topologia é a modularidade, pois a configuração pode ser expandida até certo limite imposto pelo nó central: em termos de capacidade de chaveamento, número de circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número total de nós que podem ser servidos. Topologia em Anel Uma rede em anel consiste em estações conectadas através de um caminho fechado. Por motivos de confiabilidade o anel não interliga as estações diretamente, mas consiste em uma série de repetidores ligados por um meio físico, sendo cada estação ligada a esses repetidores. Para simplificar o projeto de repetidores e tornar menos sofisticados os protocolos de comunicações, as configurações mais usuais para topologia em anel são a transmissão em único sentido (unidirecionais). Os repetidores são em geral projetados de forma a transmitir e receber dados simultaneamente, diminuindo o retardo de transmissão. Os repetidores são projetados em geral, externamente ao micro, por motivos de confiabilidade, pois se eles fizessem parte do hardware do micro estariam mais suscetíveis a falhas no equipamento ou à própria falta de alimentação elétrica da estação. Quando uma mensagem é enviada por um nó, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo nó destino, ou então até voltar ao nó de origem, dependendo do protocolo empregado. No primeiro procedimento, o repetidor deve introduzir um retardo suficiente para o recebimento e armazenamento dos bits de endereçamento de destino da mensagem, quando então decidirá se esta deve ou não continuar no anel. 48

49 No outro procedimento, à medida que os bits de uma mensagem vão chegando eles vão sendo despachados, podendo a rede atuar com um retardo de um bit por repetidor. Esse procedimento permite a construção de repetidores mais simples, e, por conseguinte, menos susceptíveis a falhas, e de menor custo. Topologia em anel requer que cada nó seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las à frente para o próximo nó. Uma quebra em qualquer um dos enlaces entre os repetidores vai parar toda a rede até que o problema seja isolado e um novo cabo instalado. Falhas no repetidor ativo também podem causar a parada total do sistema. Uma solução parcial para o problema de falha no repetidor consta em prover cada um deles de um relé que pode removê-lo mecanicamente da rede em caso de falha, neste caso não parando a rede. Essa remoção pode ser impossível se os repetidores imediatamente posterior e anterior ao repetidor com falha estiverem a uma distância superior ao limite exigido pelo meio de transmissão para interconexão de 2 nós - devido ao problema de atenuação. Outra melhora proposta na topologia em anel foi a introdução de concentradores (também denominados hubs) ativos (de repetidores) ou passivos (de cabeamento). Oferecem entre outras vantagens, a simplificação do isolamento de falhas, pois existe um ponto de acesso central para o sinal. Sem o concentrador, quando um repetidor, ou enlace falha, a localização da falha requer uma busca através de todo o anel, exigindo o acesso a todos os locais que contêm concentradores ou cabos. Outra vantagem do concentrador é a possibilidade de adição de novas estações sem a parada total da rede, uma vez que novos repetidores podem ser ativados no concentrador, por meio da utilização de relés. Topologia em Barra Uma topologia linear ou de barramento (bus) liga as estações de trabalho (nós) e dispositivos de rede a um meio físico único. Cada dispositivo é conectado diretamente a um cabo principal que é chamado normalmente de espinha dorsal (backbone) da rede. A espinha dorsal interconecta cada dispositivo na rede e também se liga com outras redes. Cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Existe uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra, que pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para cada acesso à rede é uma forma de multiplexação no tempo. Em um controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade de acesso é distribuída entre todos os nós. 49

50 O desempenho de um sistema em barra comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nós conectados, controle de acesso, tipo de tráfego entre outros fatores. Por integrar interfaces passivas (sem repetidores), que não exigem armazenamento local de mensagens, topologias em barra não vão degradar o retardo de transferência, que, contudo, pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado. Modelo OSI O final da década de 70 apresentava um panorama curioso em termos de comunicação de dados em redes de computadores: por um lado, uma perspectiva de crescimento vertiginoso causados pelo investimento e desenvolvimento que estavam sendo feitos, mas por outro lado uma tendência que poderia acarretar em uma profunda crise no setor, a heterogeneidade de padrões entre os fabricantes, praticamente impossibilitando a interconexão entre sistemas de fabricantes distintos. Então os fabricantes começaram a perseguir alguns objetivos necessários para a implementação de um sistema aberto. Esses objetivos são: interoperabilidade: capacidade que os sistemas abertos possuem de troca de informações entre eles, mesmo que sejam fornecidos por fabricantes diversos; interconectividade: é a maneira através da qual se pode conectar computadores de fabricantes distintos; portabilidade da aplicação: é a capacidade de um software de rodar em várias plataformas diferentes; "scalability": capacidade de um software rodar com uma performance aceitável em computadores de capacidades diversas, desde computadores pessoais até supercomputadores. Para se atingir estes objetivos, a ISO (International Organization for Standardization) passou a se ocupar em criar um padrão de arquitetura aberta e baseada em camadas. Foi então definido o Modelo de Referência para Interconexão de Sistemas Abertos (Reference Model for Open Systems Interconection - RM OSI). A utilização de um ambiente de sistema aberto nos oferece algumas vantagens, como: liberdade de escolha entre soluções de diversos fabricantes; acesso mais rápido a novas tecnologias e a preços mais acessíveis, á que é mais barato e rápido fabricar produtos baseados em uma plataforma padrão; redução de investimentos em novas máquinas, já que os sistemas e os softwares de aplicação são portáveis para os vários tipos de máquinas existentes. A adoção de um modelo baseado em camadas também não é arbitrária. Considerando que uma rede de computadores tem como objetivo o processamento de tarefas distribuídas pela rede de forma harmônica e cooperativa entre os vários processos de aplicação, o projeto desta deve levar em conta vários fatores, como: considerar todos os eventos possíveis de acontecer durante a comunicação; conhecer todos os efeitos e causas destes eventos; especificar em detalhes todos os aspectos técnico-operacionais dos meios físicos a serem utilizados como suporte à comunicação; detalhes das próprias aplicações a serem executadas. 50

51 Podemos perceber, então, que o problema é extremamente complexo e abrangente. A fim de se lidar com esta complexidade (facilitando a implementação e manutenção), projeta-se a rede como um conjunto de camadas. Este conjunto de camadas é hierárquico, ou seja, cada camada baseia-se na camada inferior. Reduzindo-se o projeto global da rede ao projeto de cada uma das camadas, simplifica-se consideravelmente o trabalho de desenvolvimento e de manutenção. O projeto de uma camada é restrito ao contexto dessa camada e supõe que os problemas fora deste contexto já estejam devidamente resolvidos. Porém a elaboração de um sistema aberto passa por algumas etapas obrigatórias que podemos observar claramente na definição do modelo OSI, da ISO: definição do modelo do sistema aberto (padrão para arquitetura do sistema aberto); definição dos padrões dos componentes que fazem parte do modelo (padrões de interoperabilidade e portabilidade), não só os relacionados à comunicação, mas também alguns não relacionados, como estrutura de armazenamento de dados etc; seleção dos perfis funcionais. Podemos observar que o modelo OSI da ISO corresponde exatamente ao primeiro item citado acima. O modelo OSI é um modelo de referência e define apenas a arquitetura do sistema. O padrão criado para o modelo OSI, então, define exatamente o que cada camada deve fazer, mas não define como isto será feito, ou seja, define os serviços que cada camada deve prestar, mas não o protocolo que o realizará. Este primeiro passo já está bem definido pela ISO. A definição dos protocolos de cada camada, então, fica por conta do segundo passo. Esta parte também está definida pela ISO, mas é realizado por grupos de estudo diversos. Esse passo é uma tarefa muito dinâmica, pois novas tecnologias de transmissão surgem a todo instante. Portanto por um lado temos alguns padrões bem documentados, mas por outro, temos tecnologias emergentes que precisam ser adaptadas às condições do modelo OSI e ainda estão em processo de definição. Já a terceira etapa não é uma fase de responsabilidade da ISO. Esta etapa de definição de perfis funcionais é realizada por cada país, que escolhe os padrões que lhe cabem baseados em condições tecnológicas, base instalada, visão futura etc. Por exemplo, no Brasil temos o Perfil Funcional do Governo Brasileiro. A escolha do Perfil Funcional é uma etapa importante, pois apesar de dois sistemas seguirem o Modelo OSI, se eles adotarem perfis diferentes, eles nunca vão conseguir interoperar. A arquitetura OSI foi desenvolvida a partir de três elementos básicos: os processos de aplicação existentes no ambiente OSI; as conexões que ligam os processos de aplicação e que lhes permitem trocar informações; os sistemas. 51

52 Veja a figura a seguir: O desenho abaixo dá uma idéia da arquitetura de uma máquina pertencente a um sistema de comunicação: Hardware: provê a infra-estrutura necessária (no nível mais baixo) para o processamento da aplicação, como a manipulação de bits, acesso a disco etc. Sistema operacional: provê os serviços básicos de acesso a hardware, etc. Gerenciamento de dados: cuida de tarefas como o acesso, manipulação e troca de vários tipos de dados. Uma consistência nesta tarefa é um grande passo rumo à portabilidade de aplicações. Existem várias formas de implementação de acesso a bancos de dados, mas a mais comum e aceita pela indústria é a SQL (Structure Query Language). Linguagem: tem sido feitos esforços em relação à criação de uma linguagem com independência da plataforma, de forma a prover a portabilidade de código. Interface com o usuário: um dos principais fatores de portabilidade, já que provê a interface com o usuário da aplicação. Cada vez mais estão sendo desenvolvidas interfaces gráficas e orientadas a objetos baseadas em janelas, ícones e menus. Os principais padrões para desenvolvimento de interfaces gráficas são X Window e Motif. Comunicação: a parte de comunicação é o objeto principal do nosso estudo. Ela vai prover a comunicação e interoperação entre máquinas e sistemas diferentes, cuidando de características como padrões de interoperação, endereçamento etc. O modelo OSI, então, se encaixa na figura anterior como um conjunto de funções que possibilitam que máquinas distintas possam se comunicar e trocar informações. Ele possui sete camadas (próxima figura), onde cada camada é responsável por uma determinada função específica. Os princípios utilizados para se chegar a estas camadas são: uma camada deve ser criada onde é necessário um nível de abstração diferente; 52

53 cada camada deve desempenhar uma função bem definida; a função de cada camada deve ser definida tendo em vista a definição de protocolos padrões internacionais; as fronteiras entre as camadas devem ser escolhidas de forma a minimizar o fluxo de informações através das interfaces; o número de camadas deve ser grande o suficiente para que não seja preciso agrupar funções em uma mesma camada por necessidade, e pequeno o suficiente para que a arquitetura fique manejável. Cada camada é usuária dos serviços prestados pela camada imediatamente inferior e presta serviços para a camada imediatamente superior. Esta troca de informações entre as camadas adjacentes ocorre por meio da troca de primitivas de serviços nas interfaces entre as camadas. Apesar do modelo OSI estar dividido em sete níveis, pode-se considerar genericamente que as três camadas mais baixas cuidam dos aspectos relacionados à transmissão propriamente dita e a camada de transporte lida com a comunicação fim-a-fim, enquanto que as três camadas superiores se preocupam com os aspectos relacionados à aplicação, já em nível de usuário. A comunicação entre sistemas ocorre a nível de camadas, ou seja, a camada de aplicação do sistema A se comunica com a camada de aplicação do sistema B e assim por diante até o nível físico, onde ocorre a comunicação física entre os sistemas. Uma maneira bastante fácil e simplista de se enxergar a funcionalidade de um modelo em camadas, como o modelo OSI, é imaginar que cada camada tem como função adicionar um cabeçalho aos dados do usuário a serem transmitidos para outro sistema (figura a seguir). Deste modo a função de cada camada do outro sistema é exatamente a inversa, ou seja, retirar os cabeçalhos dos dados que chegam e entregá-los ao usuário em sua forma original. Os dados entregues pelo usuário à camada de aplicação do sistema recebem a denominação de SDU (Service Data Unit). A camada de aplicação, então, junta à SDU (no caso, os dados do usuário) um cabeçalho chamado PCI (Protocol Control Information). O objeto resultante desta junção é chamado de PDU (Protocol Data Unit), que corresponde à unidade de dados especificada de um certo protocolo da camada em questão. 53

54 Primitivas de Serviços As primitivas de serviços são informações trocadas entre duas camadas adjacentes de forma a realizar um serviço. No modelo OSI são definidas quatro tipos de primitivas: Pedido (Request): utilizada para solicitar ou ativar um determinado serviço; Indicação (Indication): informa a ocorrência de um determinado evento; Resposta (Response): utilizada para responder a um determinado evento; Confirmação (Confirmation): utilizada para confirmar a execução de um serviço solicitado. Serviços e Protocolos Faz-se necessário neste ponto deixar bem clara a distinção entre serviços e protocolos. Um serviço é um conjunto de primitivas que uma camada oferece à camada superior adjacente, ou seja, é uma interface entre duas camadas onde a inferior se comporta como provedora do serviço e a superior a usuária do serviço. O serviço define as operações que a camada está preparada para realizar em nome de seus usuários, mas não diz nada a respeito do modo como isso deve ser implementado. Já um protocolo é um conjunto de regras que governa o formato e significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocados entre entidades parceiras dentro de uma mesma camada. Os protocolos são utilizados para implementar os serviços, não sendo diretamente visíveis aos usuários, ou seja, o protocolo utilizado pode ser modificado, desde que o serviço oferecido ao usuário permaneça o mesmo. Devemos sempre lembrar que ao se falar em serviços, estamos falando em camadas adjacentes (níveis diferentes, no mesmo sistema), e protocolo falamos de entidades pares (no mesmo nível, em sistemas diferentes). A Associação temporária entre duas entidades do mesmo nível para troca de informação (modelo orientado à conexão). Cada conexão é identificada por dois CEP (Connection End Point). O CEP = endereço+sufixo Segmentação e Blocagem Segmentação ocorre quando uma (N)SDU é dividida para o envio mas recomposta no receptor. A operação de recomposição é a inversa da segmentação. Essa é uma limitação imposta pelo protocolo da camada N na transferência de dados de tamanho grande como, por exemplo, , transferência de arquivos etc. Blocagem (blocking) ocorre quando algumas (N)SDUs são unidas para o envio. A operação de deblocking é a inversa da blocking. Essa limitação é imposta pelo protocolo da camada N na transferência de dados de tamanho pequeno como, por exemplo, emuladores de terminais, telemensagem etc. 54

55 Padrão IEEE (Ethernet) O termo IEEE 802 refere-se a um conjunto de padrões para redes locais e metropolitanas elaborados pelo IEEE. Os padrões IEEE 802 estão em conformidade com o modelo OSI da ISO, sendo inclusive republicados como padrões internacionais sob a denominação ISO Os padrões IEEE 802 agrupam uma série de tecnologias para redes locais muito difundidas, como os padrões Ethernet e Token Ring. O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) é uma organização da qual participam profissionais do mundo todo. Além de organizar conferências e publicar periódicos especializados, o IEEE inclui grupos de padronização responsáveis por desenvolver padrões para tecnologias emergentes. Os padrões IEEE 802 definem uma série de tecnologias para implementação das funções das camadas física e de enlace de dados do modelo de referência OSI. O conjunto de padrões IEEE 802 compõem um modelo para implementação de redes locais compatível com o modelo OSI. Diferente do modelo OSI que apenas aborda diretivas genéricas, o padrão IEEE aborda detalhes tecnológicos que definem de maneira precisa como os diversos protocolos e funções da rede devem ser implementados. O relacionamento entre os diversos padrões IEEE 802 e o modelo OSI está descrito no documento IEEE O padrão IEEE divide as fun ções da cam ada de enlace nas subcamadas LLC e M A C. cam ada de enlace de dados LLC M A C A cam ada L L C é definida pelo padrão IEEE cam ada física A cam ada M A C e a cam ada física são definidas por uma série de padrões que definem tecnologias "alternativas" : Define a implementação da sub-camada Logical Link Control - LLC : Define uma tecnologia para implementação de redes com topologia em barramento, utilizando como princípio o acesso randômico das estações ao meio de transmissão. Este padrão é relacionado à tecnologia Ethernet : Define uma tecnologia para implementação de redes com topologia em barramento, com controle de acesso das estações ao meio de transmissão por passagem de permissão. Este padrão é relacionado a tecnologia Token Passing-Bus : Define uma tecnologia para implementação de redes com topologias em anel, com controle de acesso das estações ao meio de transmissão por passagem de permissão. Este padrão é relacionado à tecnologia Token Passing-Ring : Define uma tecnologia para implementação de redes com topologia em barramento duplo. Este padrão está relacionado a tecnologia DQDB (Distributed Queue Dual Bus) utilizado em redes metropolitanas. 55

56 LLC: Logical Link Control. Sub-camada (ou camada) correspondente à parte das funções da camada de enlace de dados que independem da tecnologia de implementação da rede. MAC: Medium Access Control. Sub-camada (ou camada) correspondente à parte das funções da camada de enlace de dados que dependem da tecnologia de implementação da rede. O padrão IEEE (Ethernet) define uma tecnologia para implementação de redes com topologia em barramento, com acesso randômico ao meio. O padrão IEEE define uma tecnologia para implementação de redes locais com topologia barramento utilizando o mecanismo de controle de acesso randômico ao meio denominado CSMA/CD. O padrão IEEE mantém uma relação direta com a especificação Ethernet II, desenvolvido pelas empresas Xerox, DEC e Intel em As especificações Ethernet II e IEEE diferem, entretanto, em dois aspectos. O padrão IEEE cobre velocidades de transmissão entre 1 e 10 Mbps, enquanto que o padrão Ethernet é específico para velocidades de 10 Mbps. As especificações diferem ligeiramente também na formatação dos quadros (frames) da camada de enlace. Os principais aspectos definidos pelo padrão IEEE são os seguintes: Controle de Acesso ao Meio Define os procedimentos para uma estação ganhar o direito de utilizar o meio para transmitir informações. O mecanismo adotado no IEEE é o CSMA/CD. Especificações Elétricas Define a maneira como os bits de informação são representados eletricamente. Especificações Físicas Define o tipo de cabeamento utilizado como meio físico de transmissão. Formatação do quadro Define como as unidades de protocolo da camada de enlace de dados (quadros) são formatados. Desempenho do protocolo Indica a capacidade da tecnologia em utilizar ao máximo a capacidade do meio de transmissão. O CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) é um conjunto de procedimentos que definem um mecanismo para gerenciar como cada estação deve acessar um meio de transmissão compartilhado. Controle de Acesso ao Meio Define os procedimentos para uma estação ganhar o direito de utilizar o meio para transmitir informações. O padrão IEEE define que o mecanismo de controle de acesso ao meio utilizado é o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). O método CSMA/CD é a contenção, isto é, as estações competem entre si para acessar o meio. O mecanismo do CSMA/CD pode ser resumido da seguinte maneira: 1) Quando uma estação quer transmitir ela primeiro escuta o meio. 2) Se o meio estiver ocupado, a estação espera até que o meio fique desocupado. 3) Se o meio estiver livre, a estação transmite imediatamente. 4) Se duas ou mais estações sentirem ao mesmo tempo que o meio está livre, e transmitirem, haverá uma colisão dos sinais, ocasionando perdas de informação. 5) As estações ao sentirem a colisão (a informação que está trafegando no meio não será igual a informação que elas transmitiram) encerram imediatamente a transmissão. 56

57 6) Cada estação após a colisão espera um tempo randômico, e tenta novamente acessar o meio. Este tempo será muito provavelmente diferente para cada estação, reduzindo assim a possibilidade que a colisão ocorra novamente. 7) Se a espera aleatória das estações conduzir a tempos muito próximos, então uma nova colisão ocorrerá. Neste caso, o procedimento de espera aleatória se repete, mas deste vez o limite superior da espera é dobrado, num método conhecido como espera exponencial truncada, aumentando a possibilidade de gerar tempos muito diferentes. Se após um certo número de tentativas de retransmissão as colisões persistirem, a transmissão é abortada. Tempo randômico: O tempo randômico é um intervalo escolhido aleatoriamente entre 0 e um limite superior. Espera exponencial truncada: Neste método, o limite superior de espera é dobrado a cada colisão consecutiva. O tempo de espera não aumenta indefinidamente. Quando este tempo se torna muito grande ele é truncado num valor máximo, evitando que o tempo de espera se torne muito grande. Especificações Elétricas Define a maneira como os bits de informação são representados eletricamente. O padrão IEEE especifica que o sinal é transmitido eletricamente através do meio, utilizando um mecanismo de codificação Manchester. Na codificação em Manchester cada bit lógico 1 é representado por uma transição do nível elétrico alto (+0.85V) para o nível elétrico baixo (-0.85V). O bit lógico 0 é representado pela transição inversa, isto é, do nível elétrico baixo (-0.85V) par ao nível elétrico alto (+0.85V) representa ção lógica binária V V representa ção elétrica cada bit co n so m e d ois pu lso s d e relóg io Especificações Físicas Define o tipo de cabeamento utilizado como meio físico de transmissão. O padrão IEEE especificou uma nomenclatura para cada tipo de cabo utilizado como meio físico de transmissão. A nomenclatura segue o seguinte padrão: <taxa de transmissão> <técnica de sinalização> <tamanho máximo do segmento * 100> Por exemplo, a especificação 10BASE5 significa que a taxa de transmissão é de 10 Mbps, a técnica de sinalização é a banda básica e o comprimento máximo do cabo é 500 metros. As especificações físicas definidas pelo padrão IEEE 802 são as seguintes: 10BASE5 Descrição Cabo coaxial grosso (thick coaxial cable). Diâmetro de aproximandamente 1,2 cm. Impedância 50 ohms +/- 2 ohms. Distância Máxima 500 metros. (a atenuação máxima nesta distância deve ser 9 db). 57

58 58

59 10BASE2 Descrição Cabo coaxial fino (thin-ethernet ou Cheapernet). Diâmetro de aproximadamente 0,5 cm. Impedância 50 ohms +/- 2 ohms. 10BROAD36 Descrição Meio de transmissão para banda larga. Cabo coaxial único ou duplo. Impedância 75 ohms. Cabo utilizado com uma central repetidora (headhead). 10BASET Descrição Cabo de par trançado (twisted-pair). Especificação mínima: UTP (Unshielded Twisted Pairs), categoria 3. 10BASEFP Descrição Cabo de fibra ótica utilizado para conexão de redes do tipo estrela passiva. Fibra de 62,5/125 m 10BASEFP Descrição Cabo de fibra ótica utilizado para interligar uma estação a um repetidor, duas estações ou dois repetidores entre si. Fibra de 62,5/125 m. 10BASEFB Descrição Cabo de fibra ótica utilizado para redes backbone (interligação de repetidores). Distância Máxima 200 metros. (atenuação máxima deve ser 8,5 db em 185 metros). Distância Máxima 3600 metros. (1800 metros da estação transmissora até o repetidor, 1800 metros do repetidor até o destinatário). Distância Máxima 100 metros, a princípio. A distância pode ser maior ou menor dependendo da qualidade do par trançado. Distância Máxima 500 metros. Distância Máxima 2000 metros. Distância Máxima 2000 metros. Fibra de 62,5/125 m. Tamanho máximo do segmento: indica o comprimento máximo do cabo sem a necessidade de usar um repetidor. MAU: (Medium Attachment Unit). Unidade de Conexão com o Meio. Nome dado pelo padrão IEEE 802 ao dispositivo responsável por transmitir, receber e detectar a presença de sinais no meio. MDI: (Medium Dependent Interface). Nome dado pelo padrão IEEE 802 ao dispositivo que efetua a conexão entre o MAU e o meio físico. Corresponde geralmente a um simples conector. AUI: (Attachment Unit Interface). Nome dado pelo padrão IEEE 802 a interface de conexão entre a placa adaptadora e MAU. O AUI é utilizado quando o MAU está situado externamente a placa adaptadora. Neste caso, o AUI corresponde aos conectores e ao cabo que interconecta a placa adaptadora ao MAU. 59

60 Formatação do Quadro Define como as unidades de protocolo da camada de enlace de dados (quadros) são formatados. Um quadro representa a unidade elementar de informação trocada entre as estações ao nível da camada de enlace. Os endereços utilizados para identificar o destinatário e o remetente do quadro são comumente referidos como endereços MAC. O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC: endereços administrados localmente e endereços universais. p reâm bu lo (5 6 bits) SFD (8 bits) E n d ereço M A C d o D estin atário (4 8 bits) E n d ereço M A C d o R em eten te (4 8 bits) C om p rim en to (1 6 bits) D ados (3 6 8 bits a 12 K bits) F C S (3 2 bits) Preâmbulo: Conjunto de 7 bytes, todos iguais a Os bytes do preâmbulo fornecem o tempo suficiente para que o circuito do receptor se sincronize com a taxa adotada pelo transmissor. SFD: (Start Frame Delimiter delimitador de início de quadro). Seqüência binária ' ' que marca o início do quadro. Endereço MAC do Destinatário: Conjunto de 6 bytes que identifica o receptor. O primeiro bits do endereço MAC tem um significado especial, ele indica se o endereço é individual (bit = 0) ou de grupo (bit = 1). Se todos os bits do endereço forem iguais a um (FFFFFF, em hexadecimal) então o endereço é considerado de difusão (broadcast) e o quadro é endereçado simultaneamente a todas as máquinas do barramento. Endereço MAC do Remetente: Conjunto de 6 bytes que identifica o transmissor. Comprimento: Indica o comprimento do campo de dados em bytes. No padrão Ethernet este campo tem outra função. Ele armazena um código de 2 bytes que identifica o tipo de protocolo utilizado na camada superior à camada de enlace de dados (geralmente, o protocolo da camada de rede, quando existe). Este campo constitui uma das diferenças entre os padrões IEEE e Ethernet. No padrão Ethernet, o campo Comprimento é substituído pelo campo Tipo, o qual identifica o protocolo utilizado na camada imediadamente superior (normalmente a camada LLC ou a camada de rede). Dados: Contém as informações passadas pela camada LLC para camada MAC. Deve-se observar que do ponto de vista da camada MAC, a camada LLC é a camada imediatamente superior. A camada de rede (se existir) corresponde à camada imediatamente superior à camada LLC. O princípio de transferência de dados entre camadas adjacentes segue os princípio determinado pelo modelo OSI. O padrão IEEE especifica um comprimento mínimo para o quadro. Se a quantidade de dados não for suficiente para satisfazer o comprimento mínimo, bits de preenchimento (PAD) são colocados no campo de dados. FCS: O campo FCS contém um verificador de redundância cíclica (CRC Cyclic Redundancy Check). O CRC é determinado pelo transmissor, aplicando um cálculo matemático nos bits da mensagem. Ao receber o quadro o receptor reaplica a função matemática sobre os bits recebidos. Se o valor calculado do CRC coincidir com o valor recebido no campo FCS, então o quadro é considerado íntegro. Caso contrário o receptor solicita ao transmissor para reenviar o quadro. Endereços administrados localmente: O administrador da rede atribui o endereço ao adaptador de rede quando ele é instalado. Este modo de endereçamento deixa sobre a responsabilidade dos administradores da rede evitar que os adaptadores recebam endereços MAC duplicados. Endereços universais: Blocos de endereços distintos são atribuídos aos fabricantes que responsabilizam-se pela atribuição de endereços aos produtos que fabricam. Este mecanismo garante que não haja duplicação de endereços mesmo quando redes diferentes são interconectadas. 60

61 Extensões do Padrão Ethernet Tecnologias derivadas do padrão Ethernet (IEEE 802.3) que permitem trabalhar com taxas nominais de transmissão superiores a 10 Mbits/s. O padrão IEEE definiu originalmente taxas nominais de transmissão de até 10 Mbits/s. A demanda crescente por mais vazão na rede, fez com que novos padrões surgissem para suportar maiores taxas de transmissão. Alguns desses novos padrões são extensões feitas ao padrão Ethernet em topologias baseadas em concentradores (ou hubs). O princípio das extensões consiste em aumentar a taxa de transmissão reaproveitando ao máximo possível a infra-estrutura dos meios físicos de comunicação. As novas tecnologias propõe também substituir os concentradores tradicionais por dispositivos mais sofisticados, usualmente conhecidos como Switches-Ethernet. Podem ser citadas as seguintes extensões: Fast-Ethernet (IEEE 802.3u) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) Switches Ethernet M eg abits/s M eg abits/s G igae th ern et (IEEE 802.3z) 1 0 M eg abits/s E th ern et (IEEE 802.3) F aste th ern et (IEEE 802.3u) Fast-Ethernet (IEEE 802.3u) evolução das tecnologias para im plem entação de redes baseados no padrão Ethernet. Tecnologia derivada do padrão Ethernet (IEEE 802.3) que permite trabalhar com taxas nominais de transmissão de 100 Mbits/s. O padrão IEEE 802.3u (comumente chamado de Fast-Ethernet) é um adendo, oficialmente aprovado pelo IEEE em junho de 1995, ao padrão IEEE (Ethernet). O Fast-Ethernet mantém basicamente os mesmos princípios da tecnologia Ethernet, mas estende a taxa nominal de transmissão a 100 Mbits/s. Os seguintes meios físicos de transmissão são suportados pela tecnologia: 100Base-T4: Utiliza cabo UTP categoria 3. Permite conectar estações distantes até 100 metros do concentrador (hub). 100Base-TX: Utiliza cabo UTP categoria 5 ou cabo STP. Permite conectar estações distantes até 100 metros do concentrador (hub), em modo de transmissão full-duplex. 100Base-FX: Utiliza cabo de fibra ótica. Permite conectar estações distantes até 2000 metros do concentrador (hub), em modo de transmissão full-duplex. Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) Tecnologia derivada do padrão Ethernet (IEEE 802.3) que permite trabalhar com taxas nominais de transmissão de 1000 Mbits/s. 61

62 O termo Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) é o termo dado à tecnologia emergente para construção de redes com taxas nominais de transmissão de 1000 Mbits/s. A tecnologia é considerada uma extensão do padrão Ethernet, pois mantém ainda diversas características do padrão original. Os objetivos do Gigabit Ethernet são os mesmos do Fast Ethernet, isto é, permitir taxas de comunicação mais elevadas sem em grandes alterações na infra-estrutura das redes já instaladas. Em especial, o novo padrão prevê a compatibilidade com meios físicos de transmissão baseados em cabos UTP categoria 5 (sob a nova denominação 1000 Base-T). O padrão prevê também a criação de novos padrões para os meios físicos de transmissão baseados em fibra óptica e cobre. Switches Ethernet Dispositivos que permitem efetuar a segmentação da rede Ethernet diminuindo o nível de colisão entre as estações. Quando o número de estações é muito grande, as redes baseadas no padrão IEEE 803 (Ethernet) apresentam uma grande queda de desempenho. Nessas condições, a taxa de colisões e retransmissões é muito elevada, fazendo com que a eficiência da rede seja bastante reduzida. Para permitir a interconexão de um número grande de estações com um bom desempenho foram desenvolvidos dispositivos especiais denominados Switches Ethernet. O Switch Ethernet é um dispositivo constituído de várias portas. Cada porta pode ser conectada a uma única estação ou a várias estações, através de um concentrador. As portas do switch podem operar em taxas nominais de transmissão diferentes, sendo que as conversões necessárias são efetuadas pelo próprio Switch. O Switch efetua o roteamento dos quadros que chegam a cada porta analisando as informações de endereçamento contidos nos seus cabeçalhos. Por exemplo, quando uma estação conectada ao concentrador da porta A envia um quadro para uma estação conectada à porta D, o quadro é roteado ao seu destino sem se propagar para as portas B e C. Esta característica permite, por exemplo, que estações ligadas ao concentrador da porta B se comuniquem ao mesmo tempo que a comunicação entre A e D sem que uma colisão seja gerada. A B C D P orta 1 0 M ega bits/s P orta 1 0 M ega bits/s P orta 1 0 M ega bits/s P orta M ega bits/s con cen trador con cen trador estaçõ es estaçõ es estação estação Padrão IEEE (Token Ring) Define uma tecnologia para implementação de redes com topologia em anel, com controle de acesso das estações ao meio de transmissão por passagem de permissão. O padrão IEEE 802.5, também conhecido como Token-passing ring, define uma tecnologia para implementação de redes locais com topologia em anel, utilizando mecanismo de controle de acesso baseado na passagem de permissão. O padrão especifica velocidades de 4 ou 16 Mbits/s, utilizando como meio de transmissão o par trançado. 62

63 Os principais aspectos definidos pelo padrão IEEE são os seguintes: Controle de Acesso ao Meio Define os procedimentos para uma estação ganhar o direito de utilizar o meio para transmitir informações. O mecanismo adotado no IEEE é a passagem de permissão. Especificações Elétricas. Define a maneira como os bits de informação são representados eletricamente. Especificações Físicas Define o tipo de cabeamento utilizado como meio físico de transmissão. Formatação do quadro Define como as unidades de protocolo da camada de enlace de dados (quadros) são formatados. Desempenho do protocolo Indica a capacidade da tecnologia em utilizar ao máximo a capacidade do meio de transmissão. Camadas do Modelo OSI São: 1 Física 2 Enlace 3 Rede 4 Transporte 5 Sessão 6 Apresentação 7 - Aplicação 1 - Física A camada física é a única camada que possui acesso físico ao meio de transmissão da rede, devendo, portanto, se preocupar com fatores como as especificações elétricas, mecânicas, funcionais e procedurais da interface física entre o equipamento e o meio de transmissão, ou seja, a camada física tem como função básica a adaptação do sinal ao meio de transmissão. Especificações mecânicas: propriedades físicas da interface com o meio físico de transmissão, incluindo, por exemplo, o tipo de conector utilizado; Especificações elétricas: se relacionam com a representação de um bit em termos de, por exemplo, nível de tensão utilizado e taxa de transmissão de bits; Especificações funcionais: definem as funções a serem implementadas por esta interface; Especificações procedurais: especificam a seqüência de eventos trocados durante a transmissão de uma série de bits através do meio de transmissão. A camada física possui as seguintes funções: estabelecimento/encerramento de conexões: ativa e desativa conexões físicas mediante a solicitação de entidades da camada de enlace; transferência de dados: a unidade de transmissão utilizada é o bit. O nível físico tem como função transmitir os bits na mesma ordem em que chegam da camada de enlace (no sistema de origem) e entregá-los à camada de enlace na mesma ordem que chegaram (no sistema de destino); gerenciamento das conexões: gerência da qualidade de serviço das conexões físicas estabelecidas. Deve monitorar taxa de erros, disponibilidade de serviço, taxa de transmissão, atraso 63

64 de trânsito etc. Existem diversos padrões de nível físico utilizados. Destacaremos dois deles: o padrão RS232 e o padrão EIA/TIA-568. Padronização de Cabeamentos RS232 No mundo da comunicação de dados, os equipamentos como computadores pessoais, terminais e portas de computador são chamados de Equipamentos Terminais de Dados (ETDs). Por outro lado, modems e outros dispositivos de comunicação são conhecidos como Equipamentos de Comunicação de Dados (ECDs). A interface digital é um dispositivo de entrada e saída que torna possível a compatibilidade entre um ETD e um ECD. A compatibilidade é obtida pela padronização a nível internacional da interface. A primeira tentativa de padronização ocorreu em 1969, quando os fabricantes de equipamentos, o laboratório BELL e a EIA (Eletronic Industries Association) especificaram a RS-232, que logo em seguida com algumas alterações, tornou-se o padrão RS-232C. Paralelamente, o CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee atual ITU-T) também padronizou a interface terminal-modem, através das Recomendações V.24/V.28, compatível com a RS-232C. A interface mecânica é padronizada pela ISO (International Organization for Standartization) através da norma ISO , compatível com a CCITT V.24, utilizando um conector DB-25. No Brasil, os modems devem atender ao Padrão Telebrás de 1986, baseado nas normas EIA RS-232C, CCITT V.28 e CCITT V.24. Com a finalidade de normalizar as facilidades de comunicação em todo o mundo, foram criados alguns órgãos para desenvolvimento de padrões comuns associados aos serviços de telefonia internacional. Dentre os padrões de interface, o ITU (International Telecommunication Union) V.24/V.28 e o EIA (Eletronic Industries Associaton) RS-232C são os mais conhecidos. O ITU, uma das instituições mais atuantes neste segmento, é responsável pelas recomendações da série V que são adotadas pela maioria dos fabricantes de modems. A EIA é um órgão que representa grande parte dos fabricantes da indústria de equipamentos eletrônicos dos Estados Unidos. O trabalho da EIA na normalização é altamente reconhecido, e muitos dos seus padrões e normas foram adotados por outros órgãos especializados no assunto. O RS-232C é um padrão recomendado, publicado pela EIA em O número 232 representa o número de identificação de um determinado padrão de comunicação, e o sufixo C designa a última revisão feita a esse padrão. O padrão RS-232C e os padrões estabelecidos pelas normas CCITT V.24 e V.28, são muito semelhantes, e diferem basicamente apenas na nomenclatura da pinagem da interface. No final do anos 70, a EIA pretendeu substituir gradativamente o padrão RS-232C por um conjunto de três padrões: o RS-449, o RS-422 e o RS-423. Eles foram projetados não só para permitir taxas de transmissão de dados mais altas que as obtidas com o RS-232C, como também para proporcionar uma maior funcionalidade. Embora a EIA e vários outros órgãos governamentais tenham firmemente promovido o padrão RS-449, sua adoção pelos fabricantes tem sido limitada. Reconhecendo o fato 64

65 de que a adoção universal do RS-449 e seus padrões associados era basicamente impossível, a EIA produziu o RS-232D (revisão D) em janeiro de 1987 e um novo padrão conhecido como RS-530. As maiores diferenças entre o RS-232D e o RS-232C são as seguintes: A nova revisão aceita operações de teste para os equipamentos de comunicação remota e local através do uso de sinais compatíveis com essa função. A nova revisão modifica o uso do condutor Protective Ground (Terra de proteção, pino 1 da interface) para fornecer uma forma de blindagem. Geralmente, os dispositivos criados para os padrões RS-232C e RS-232D, são compatíveis com os dispositivos criados para os padrões ITU V.24/V.28. Pinagem do padrão EIA RS-232/ITU V.24 A diferença básica entre o padrão ITU V.24 e o padrão EIA RS-232 consiste apenas na designação da pinagem do conector DB-25. Ligação Cross-Over Quando desejamos ligar dois equipamentos de mesmo tipo (terminal-terminal, modem-modem) pelo seu lado digital, deve-se utilizar o cabo Cross-Over. Este cabo faz a inversão (cruzamento) entre os sinais. A interligação dos pinos da interface pelo cabo Cross-Over é a seguinte: O cruzamento dos pinos 2 e 3 é necessário, pois o que é transmissão em um dispositivo é recepção no outro, e vice-versa; O mesmo é aplicado para as bases de tempo de recepção e transmissão dos pinos 15 e 17. Quando a base de tempo para a transmissão é fornecida pelo terminal, o cruzamento é entre os pinos 65

66 17 e 24; Os pinos 4 e 5 são jumpeados, pois não há necessidade do delay RTS/CTS (não se coloca portadora na linha), e ligados ao pino 8 da recepção do outro equipamento (simulação da detecção de portadora); O pino 20 da transmissão e o pino 6 da recepção são conectados; Os pinos 1 dos dispositivos são interligados; Os pinos 7 dos dispositivos são interligados. EIA/TIA-568 No final dos anos 80, as companhias dos setores de telecomunicações e informática estavam preocupadas com a falta de uma padronização para os sistemas de fiação de telecomunicações em edifícios e campus. Em 1991, a associação EIA/TIA (Electronic Industries Association/ Telecommunications Industry Association) propôs a primeira versão de uma norma de padronização de fios e cabos para telecomunicações em prédios comerciais, denominada de EIA/TIA-568 cujo objetivo básico era: (a) Implementar um padrão genérico de cabeamento de telecomunicações a ser seguido por fornecedores diferentes; (b) Estruturar um sistema de cabeamento intra e inter predial, com produtos de fornecedores distintos; (c) Estabelecer critérios técnicos de desempenho para sistemas distintos de cabeamento. Até então, o mercado dispunha de tecnologias proprietárias, utilizando cabeamento tradicional, baseado em aplicações, conforme ilustrado na figura a seguir. Assim, os prédios possuíam cabeamento para voz, dados, sistemas de controle, eletricidade, segurança, cada qual com uma padronização proprietária. Eram fios e cabos por toda parte, cabo coaxial, par trançado, cabo blindado. Neste cenário, alguns problemas surgiram para desestimular essa forma de cabeamento não estruturada: i) Mudança rápida de tecnologia: microcomputadores (PCs) mais velozes, serviços integrados de voz e dados, redes locais de alta velocidade; ii) Infra-estrutura de telefonia privada inadequada para novas tecnologias; iii) Rápida saturação de dutos, canaletas e outros suportes de cabeamento; iv) Inflexibilidade para mudanças; v) Cabeamento não reaproveitável com novas tecnologias; vii) Suporte técnico dependente de fabricantes; viii) Aumento de custo. Em janeiro de 1994, a EIA/TIA publicou a norma EIA/TIA 568A revisada, incluindo as especificações para cabeamento categoria 4 e 5 (UTP - Unshielded Twisted Pair). Atualmente, a associação ISO/IEC (International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission) desenvolve um padrão de cabeamento internacional denominado de Cabeação Genérica para Instalação do Cliente (Generic Cabling for Customer Premises), denominado de ISO/IEC A norma ISO/IEC é equivalente à EIA/TIA 568A reeditada pela ISO. 66

67 Sistema de Cabeação Estruturada O conceito de Sistema de Cabeação Estruturada baseia-se na disposição de uma rede de cabos, com integração de serviços de dados e voz, que facilmente pode ser redirecionada por caminhos diferentes, no mesmo complexo de cabeação, para prover um caminho de transmissão entre pontos da rede distintos. Um Sistema de Cabeação Estruturada EIA/TIA 568A é formado por seis subsistemas conforme ilustrado na próxima figura e descritos a seguir. a) Legenda: 1 Entrada do Edifício 2 Sala de Equipamentos 3 Cabeação Backbone 4 Armário de Telecomunicações 5 Cabeação Horizontal 6 Área de Trabalho b) Entrada no Edifício As instalações de entrada no edifício fornecem o ponto no qual é feita a interface entre a cabeação externa e a cabeação intra-edifício e consistem de cabos, equipamentos de conexão, dispositivos de proteção, equipamentos de transição e outros equipamentos necessários para conectar as instalações externas ao sistema de cabos local. A norma associada EIA/TIA 569 define a interface entre a cabeação externa e a cabeação interna do prédio. 67

68 Sala de Equipamentos A Sala de Equipamentos é o local propício para abrigar equipamentos de telecomunicações, de conexão e instalações de aterramento e de proteção. Ela também contém a conexão cruzada principal ou a conexão secundária, usada conforme a hierarquia do sistema de Cabeação Backbone. A Sala de Equipamentos é considerada distinta do Armário de Telecomunicações devido à natureza ou complexidade dos equipamentos que elas contêm. Qualquer uma ou todas as funções de um Armário de Telecomunicações podem ser atendidas por uma Sala de Equipamentos. A norma associada EIA/TIA-569 define, também, o projeto da Sala de Equipamentos. Subsistema de Cabeação Backbone O subsistema de Cabeação Backbone ou Cabeação Vertical consiste nos meios de transmissão (cabos e fios), conectores de cruzamento (cross-connects) principal e intermediários, terminadores mecânicos, utilizados para interligar os Armários de Telecomunicações, Sala de Equipamentos e instalações de entrada. Os cabos homologados na norma EIA/TIA 568A para utilização como Backbone são: Cabo UTP de 100 Ohms (22 ou 24 AWG): 800 metros para voz (20 a 300 MHz); 90 metros para dados (Cat. 3,4 e 5). Cabo STP (par trançado blindado) de 150 Ohms: 90 metros para dados. Fibra óptica multimodo de 62,5/125 m: metros para dados. Fibra óptica monomodo de 8,5/125 m: metros para dados. Para os cabos UTP de 100 Ohms e STP de 150 Ohms, o alcance da cabeação depende da aplicação. A distância de 90 metros para dados em STP é aplicada para largura de banda de 20 a 300 MHz. Por outro lado, na transmissão de dados numa largura de banda de 5 a 16 MHz, o cabo UTP, categoria 3, tem sua distância reduzida de 800 para 90 metros. A distância de 90 metros é aplicada, também, para as categorias 4 e 5 em larguras de banda de 10 a 20 MHz e 20 a 100 MHz, respectivamente. O subsistema de Cabeação Backbone define, também, outros requisitos de projeto, tais como: (a) Topologia em estrela; (b) Não possuir mais de dois níveis hierárquicos de conectores de cruzamento (cross-connect); (c) Os cabos que ligam os cross-connect não podem ultrapassar 20 metros; (d) Evitar instalações em áreas onde existam interferências eletromagnéticas e rádio freqüência; (e) As instalações devem ser aterradas seguindo a norma EIA/TIA

69 a) Estrutura Geral b) Configurações Limites As figuras anteriores ilustram a estrutura geral e as configurações limites para o subsistema de Cabeação Backbone. Armário de Telecomunicações O Armário de Telecomunicações é o local, dentro de um prédio, onde são alojados os elementos de cabeação. Dentro do Armário de Telecomunicações são encontrados terminadores mecânicos, conectores de cruzamento (cross-connects), terminadores para os sistemas de Cabeação Horizontal e Vertical (patch panel). Subsistema de Cabeação Horizontal O subsistema de Cabeação Horizontal compreende os cabos que vão desde a Tomada de Telecomunicações da Área de Trabalho até o Armário de Telecomunicações. O subsistema de Cabeação Horizontal possui os seguintes elementos: (a) Cabeação Horizontal; (b) Tomada de Telecomunicações; (c) Terminações de Cabo; (d) Cross-Connections. 69

70 As próximas figuras mostram as distâncias limites e as tomadas de telecomunicações do cabeamento horizontal. O comprimento máximo para a Cabeação Horizontal, definido na norma EIA/TIA 568A, é de 90 metros, independente do meio de transmissão utilizado. A norma EIA/TIA 568A prevê, hoje, quatro tipos de cabos para instalação na Cabeação Horizontal: Cabo com quatro pares de fios UTP de 100 Ohms; Cabo com dois pares de fios STP de 150 Ohms; Cabo coaxial de 50 Ohms; Cabo com duas fibras ópticas multimodo 62,5/125 m. Embora o cabo coaxial de 50 Ohms seja especificado na norma EIA/TIA-568A, existe uma tendência para que ele seja suprimido da próxima revisão. É aconselhável, hoje, que este tipo de cabo seja substituído em antigas instalações e não seja recomendado para instalações novas. A norma prevê 100 metros total para a Cabeação Horizontal: 90 metros entre o Armário de Telecomunicações e as Tomadas de Telecomunicações (conectores de parede); 10 metros para cabos entre uma estação de trabalho e o conector de parede, (em geral, 3 metros) mais as conexões internas do Armário de Telecomunicações e entre este e os equipamentos ativos (7 metros restantes). Área de Trabalho A norma EIA/TIA 568A estabelece que os componentes de cabeação entre a Tomada de Telecomunicações e a Estação de Trabalho devem ser simples, baratos e permitam flexibilidade de deslocamento, sem comprometer a conexão física. Os componentes da Área de Trabalho são: Equipamento da estação: computadores, terminais de dados, telefone etc.; Cabos de ligação - cordões modulares, cabos de adaptação, jumpers de fibra; Adaptadores. 2 - Enlace A camada de enlace tem o objetivo de prover uma conexão confiável sobre um meio físico. Sua função básica é detectar e, opcionalmente, corrigir erros que por ventura ocorram no nível físico. As suas principais funções são: 70

71 Estabelecimento e liberação da conexão de enlace sobre conexões físicas ativas. Splitting da conexão de enlace: desta forma pode haver uma conexão de enlace sobre várias conexões físicas; Montagem e delimitação de quadros (framing): montagem de quadros a partir de unidades de quadros de serviços provindas da camada de rede e reconhecimento de quadros a partir da cadeia de bits vinda do nível físico. Controle de fluxo: controla a taxa de transmissão dos quadros, evitando que o sistema transmissor envie dados a uma taxa maior do que o receptor consegue processar. Utiliza para isso mecanismos como stop-and-wait, positive acknowledgment e sliding window. Controle de acesso: gerência do acesso ao meio de transmissão. Controle de erro: a camada de enlace deve detectar erros de transmissão, de formato e de operação devidos a problemas de conexão física ou mau funcionamento da própria camada. Os erros mais comumente detectados são erros devido a perdas, duplicação, não-ordenação e danificação de quadros. Controle de seqüência: as unidades de dados de serviço de enlace devem ser entregues à entidade de rede de destino na mesma ordem em que são recebidas da entidade de rede de origem. Gerenciamento: a camada de enlace deve exercer algumas funções de gerenciamento relacionadas à qualidade de serviço prestado, caracterizada por: tempo médio entre erros irrecuperáveis, taxa de erro residual decorrente da alteração, perda, duplicação e nãoordenação dos quadros, disponibilidade do serviço, atraso de trânsito e throughput (vazão). O protocolo de enlace mais conhecido é o HDLC, antecessor de outros como LAPB, LAPD e LLC. 3 - Rede A camada de rede deve tornar transparente para a camada de transporte a forma como os recursos dos níveis inferiores são utilizados para implementar conexões de rede. Deve também equalizar as diferenças entre as diversas sub-redes utilizadas de forma a fornecer um serviço único a seus usuários (independente da rede utilizada). Suas principais funções são: roteamento: determinação das rotas apropriadas para a transmissão dos dados entre dois endereços (origem e destino) através de algoritmos de roteamento; multiplexação da conexão de rede: várias conexões de rede podem ser multiplexadas sobre uma única conexão de enlace, a fim de otimizar a utilização desta última; segmentação e blocagem: caso as sub-redes envolvidas em uma comunicação fim-a-fim possuam diversos tipos e tamanhos de quadros, a camada de rede deve exercer funções de segmentação de quadros e remontagem destes no destino; controle de erro: detecta e, dependendo da qualidade do serviço exigida, até corrige erros de alteração, perda, duplicação e não-ordenação das unidades de dados; seqüenciação: a camada de rede é responsável por manter a ordem das unidades de dados de serviço de rede a serem transmitidas na rede e recebidas pela camada de transporte no destino; controle de fluxo: controle da taxa em que os dados são transmitidos, de forma que o transmissor não envie mais dados do que o receptor tenha capacidade de receber; 71

72 transferência de dados expressos: a transmissão de dados expressos tem por finalidade estabelecer prioridade de transmissão para alguns dados (como sinalização e interrupção) sobre os dados normais; seleção de serviço: permite a escolha do serviço de rede, de modo a garantir que os serviços oferecidos pelas diversas sub-redes sejam equivalentes; gerenciamento: a camada de rede deve efetuar tarefas de gerenciamento relacionadas à qualidade de serviço oferecida, caracterizada pelos parâmetros citados acima. A camada de rede pode prestar serviços orientados à conexão (CONS Connection Oriented Network Service) ou serviços não-orientados à conexão (CLNS ConnectionLess Oriented Network Service). Um exemplo de protocolo utilizado na camada de rede é o X.25. Equipamentos de Interconexão Repetidores, pontes, switches e roteadores, podem ser considerados os elementos básicos de interconexão de redes. A figura abaixo ilustra a relação entre as funções básicas e o modelo OSI. Repetidores Um repetidor atua na camada física do modelo OSI, exercendo função de regenerador de sinal entre dois segmentos de redes locais. Amplifica o sinal recebido de um segmento de rede e repete esse mesmo sinal no outro segmento. Permite interconectar dois segmentos de redes locais de mesma tecnologia (Ethernet por exemplo) e eventualmente, opera entre meios físicos de tipos diferentes (10BASE2 e 10BASE5, por exemplo). Como resultado é possível aumentar a extensão de uma rede local, de forma que o conjunto de segmentos interconectados se comporte como um único segmento. Um exemplo típico de utilização de repetidores é a interconexão de segmentos Ethernet: 10BASE5 (cabo grosso) ou 10BASE2 (cabo fino), cujos comprimentos máximos são respectivamente 500m e 185m. Tal extensão pode ser ampliada até 2500m (para 10BASE5) ou 925m (para 10BASE2) através do emprego de até quatro repetidores, conforme especificam as correspondentes normas de padronização. Repetidores usados em redes Ethernet devem ter a função de detecção de colisão para poder propagá-la. Não se deve fechar um caminho entre dois repetidores sob pena de duplicação infinita de quadros, além de provocar um aumento de ocorrência de colisões em redes que trabalham no modo contenção (no modo contenção, as estações que desejam fazer uso do meio para transmissões, o fazem sem nenhum processo prévio de verificação quanto ao meio já estar ou não ocupado por outra transmissão). 72

73 Conversores Alguns fornecedores introduziram um equipamento chamado conversor de meio (media converter) ou apenas conversor. Eles às vezes são chamados de adaptadores de mídia também. Esses equipamentos convertem sinais Ethernet de um meio (cabo coaxial, por exemplo) para outro meio (fibra óptica, por exemplo) e alguns não apresentam uma concordância com o padrão IEEE no que se refere a repetidores. É digno de nota que qualquer repetidor é, por definição, também um conversor. Similarmente, qualquer conversor é um repetidor, porque ele repete de um meio para outro. Pontes Operam na camada de enlace do modelo OSI, sendo transparentes às camadas superiores deste modelo. As pontes podem ser utilizadas para interconectar redes de tecnologias diferentes (Ethernet, Token Ring, FDDI etc.). Outra característica das pontes é o isolamento de tráfego por segmento de rede, apresentando-se como uma solução para resolver problemas de sobrecarga de tráfego em redes locais. Para fazer isso a ponte analisa o endereço de destino do pacote e se a máquina de destino estiver no segundo segmento da rede ele envia o pacote para o segundo segmento caso contrário ele retém o pacote no segmento inicial, essa é a principal diferença entre a ponte e o repetidor, no caso do repetidor, ele enviaria o pacote diretamente para o segundo segmento sem analisar o endereço de destino, fica claro que o uso de repetidores não é uma boa política para diminuir o tráfego. Desvantagens do emprego de pontes Alta latência: poucas pontes operam na mesma taxa que o meio de transmissão, ou seja, um quadro que chegue não é processado antes que chegue outro, usa-se a técnica de store-and-foward. Isso se agrava à medida que o tráfego inter-segmento, na rede, fica muito intenso. Broadcast storm: as pontes ao detectarem um quadro sem endereço de destino, o enviam para todos as portas a ela ligadas (broadcast), essa ocorrência de broadcast através da rede pode ocasionar a geração de novos broadcasts, o que consome a largura de banda na rede. Esse processo, em seu ponto crítico, é chamado broadcast storm, se esse consumo for de 5% em uma banda de 100Mbps isso provavelmente não será problema. Porém esse mesmo broadcast pode saturar um segmento Token Ring a 4Mbps ou consumir 50% da largura de banda disponível em uma rede Ethernet. O que já é significante. A maioria das pontes possuem mecanismos de controle desse fenômeno de tráfego, porém em grandes redes pode-se resolver o problema empregando-se roteadores, em um número menor do que o de pontes. 73

74 Wireless Bridge IEEE está discutindo um padrão (IEEE802.11) para LAN's sem fio, que usam meios de transmissão não físico, como ondas de rádio, por exemplo (Wireless LANs), enquanto esse padrão não sai, alguns elementos do mercado de equipamentos (fornecedores, fabricantes, etc.) estão se antecipando e discutindo como fazer a interoperabilidade entre produtos e serviços em todos os níveis, em uma Wireless LAN. Esse fórum de debate se chama WLIF (Wireless LAN Interoperability Forum), esse fórum definiu (por enquanto) que as wireless bridges locais serão APs (Acesss Points pontos de acesso) que facilmente conectarão uma LAN convencional (wired) com as LANs com wireless backbone. Roteadores Assim como as pontes aperfeiçoam a funcionalidade dos repetidores, os roteadores aprimoram a das pontes. Atuando na camada de rede no modelo OSI, os roteadores lêem as informações de endereçamento da rede, contidas no pacote ou ficha e podem incluir mais informações para que o pacote seja enviado através da rede. Por exemplo, um roteador poderia preparar um pacote Ethernet em um encapsulamento com dados que contém informações de roteamento e de transmissão para ser transmitido através de uma rede X.25. Quando esse "envelope" de dados fosse recebido na outra ponta, o roteador receptor retiraria os dados X.25, e seqüencializa o pacote Ethernet no segmento de rede local associado. Como elementos que atuam em nível das sub-redes, os roteadores estabelecem todas as melhores interconexões entre os elementos de redes complexas. Os roteadores podem selecionar caminhos redundantes entre segmentos de rede local e podem conectar redes locais usando esquemas de composição de pacotes e de acesso aos meios físicos completamente diferentes. No entanto, por causa de sua complexidade e funcionalidade, um roteador é mais lento que uma ponte. Como dito anteriormente, os roteadores trabalham na camada de rede do modelo OSI e ao contrário das pontes, os roteadores não conhecem a posição exata de cada nó, um roteador só conhece os endereços da sub-rede. Ele lê as informações contidas em cada pacote, utiliza procedimentos de endereçamento de rede para determinar o destino adequado e então recompõe os dados em pacotes e os retransmite. O roteador não se preocupa com o tipo de hardware utilizado pelo segmento de rede local, no entanto eles devem executar softwares que obedeçam ao mesmo protocolo de camada de rede. Os roteadores não são transparentes como as pontes, eles demandam muita configuração e gerenciamento. O esquema de endereçamento utilizado em roteadores permite que os administradores segmentem a rede em diversas sub-redes, de forma que a arquitetura admitirá várias topologias distintas. Esse aspecto é melhor explorado pelos switches. Os roteadores só recebem pacotes ou quadros endereçados especificamente de estações ou pontes. Eles não lêem todas as "unidades" que chegam até eles, como as pontes fazem em relação aos quadros, assim, como não transportam nem tratam todos os pacotes ou quadros, funcionam como uma barreira entre os segmentos de rede. Os roteadores retiram as informações de endereço da camada MAC antes de enviarem os pacotes através dos links, com isso consegue-se eliminar uma boa quantidade de overhead na comunicação, um vez que, em pacotes pequenos, os endereços da camada MAC podem chegar a 50% do tamanho 74

75 do pacote. Donde se deduz que roteadores usam os (caros) links de comunicação a longa distância, com mais eficiência que as pontes. Um outro aspecto a ser destacado é que roteadores podem ser usados como "portas" de controle de acesso entre partes diferentes de uma organização. Limitações dos roteadores Operam a velocidades menores que as pontes; maior complexidade de configuração/manutenção que as pontes. Vantagens dos roteadores Escolha dos melhores caminhos ou caminhos alternativos (caso falhe algum enlace); Envio de notificação à estação de origem em caso de falhas; Possibilidade de definir níveis de segurança de modo a coibir acessos a determinado segmento de rede. Definição de firewalls; Possibilidade de definir esquemas de endereçamento que dependem do protocolo roteado. Hubs Hubs são equipamentos usados para conferir uma maior flexibilidade a LANs Ethernet, esses equipamentos são basicamente pólos concentradores de fiação, e dessa forma conseguem estabelecer uma topologia física que não corresponde à topologia lógica em certo ponto do backbone. Por isso, isoladamente um hub não pode ser considerado como um equipamento de interconexão de redes. Os hubs só passam a gozar desse "status" quando tem sua função associada a outros equipamentos como repetidores por exemplo. O uso de hubs torna fácil o isolamento de problemas, bem como facilita enormemente a inserção de novas estações em uma LAN. Switches A demanda por maiores taxas de transmissão e melhor utilização dos meios físicos, aliados à evolução contínua da microeletrônica, começou a alterar a construção dos hubs. A partir do momento que as estações estão ligadas a esse elemento central, no qual a implementação interna é desconhecida mas a interface é coerente com as estações, é possível pensar que estes elementos podem implementar arquiteturas que não utilizam apenas um meio compartilhado, mas sim possibilitam a troca de mensagens entre várias estações simultaneamente. Desta forma estações podem obter para si taxas efetivas de transmissão bem maiores do que as observadas anteriormente. Esse novo tipo de elemento, que pode ser considerado uma evolução do hub, é denominado switch, que nada mais é, do que um hub com funções de pontes e roteadores e hardware especial que lhe confere baixo custo e alta eficiência. Essas características fazem dele hoje a resposta tecnologica mais procurada para responder às crescentes demandas das atuais aplicações em redes. Hub X switch No hub convencional (hub repetidor), cada porta liga segmentos individuais de uma LAN, de maneira a criar uma grande rede que opera como uma simples LAN Ethernet e todos os segmentos se comportam como se pertencessem a esta grande LAN, formada. 75

76 No switch, cada porta se comporta como uma LAN individual e não como mais um segmento de uma LAN maior. Gateway Até aqui discutiu-se a terminologia de Bridge e Roteadores, sendo que a principal diferença entre eles se deve ao nível da camada de rede que atuam e ao tipo de endereçamento. Enquanto uma bridge atua na camada de enlace de dados, fazendo a troca de frames entre elas, o roteador decide sobre qual o caminho os dados devem seguir. O roteador atua em nível de camada de rede e faz o roteamento de pacotes entre elas. Já o gateway interconecta redes em um nível superior a bridges e roteadores, estendendo-se da camada de rede para a camada de aplicação. Um gateway faz o roteamento de datagramas IP entre as redes que estão conectadas à ele. Internet Gateway Gateway tem, como função, fazer a interligação de redes distintas (usando protocolos distintos, com características distintas). Ele atua em todas as camadas do modelo ISO/OSI, resolvendo problemas de diferença entre as redes que ele interliga, tais como: tamanho dos pacotes que transitam nas redes, forma de endereçamento, temporizações, forma de acesso, padrões de linguagem interna de formato de correios eletrônicos. Segundo o Glossário de Termos da Internet, o termo gateway pode significar: 1. Sistema que possibilita o intercâmbio de serviços entre redes com tecnologias completamente distintas, como BITNET e INTERNET. 2. Sistema e convenções de interconexão entre duas redes de mesmo nível e idêntica tecnologia, 76

77 mas sob administrações distintas. 3. Roteador (terminologia TCP/IP). 4. Computador ou material dedicado que serve para interligar duas ou mais redes que usem protocolos de comunicação internos diferentes, ou, computador que interliga uma rede local à Internet (é portanto o nó de saída para a Internet). Basicamente pode-se resumir que gateway, nada mais é que um equipamento capacitado a possibilitar a interconexão de duas ou mais redes com protocolos de comunicação diferentes. 4 - Transporte A camada de transporte provê mecanismos que possibilitam a troca de dados fim-a-fim, ou seja, a camada de transporte não se comunica com máquinas intermediárias na rede, como pode ocorrer com as camadas inferiores. As principais funções da camada de transporte são: estabelecimento e liberação da conexão de transporte: para se estabelecer a conexão, devem ser negociadas a classe de protocolo a ser utilizada, o tamanho máximo das unidades de dados de protocolo, a utilização ou não do serviço de transferência de dados expressos, parâmetros de qualidade de serviço (throughput, atraso de trânsito, prioridade, taxa de erro residual) etc; controle de seqüência e controle de erro: numeração e reconhecimento explícito dos dados a fim de evitar perdas, duplicação ou entrega fora de ordem; controle de fluxo: a técnica de controle de fluxo utilizada na camada de transporte é a técnica de alocação de crédito, parecida com a janela deslizante; segmentação, blocagem e concatenação fim-a-fim: adapta o tamanho da unidade de dados utilizadas para as camadas de transmissão; monitoração da qualidade do serviço: a monitoração da qualidade de serviço deve ser constante, caso contrário deve ser gerada uma notificação à camada de sessão; transferência de dados expressos: a camada de transporte deve possibilitar esta funcionalidade; gerenciamento: funções de gerenciamento relacionadas à qualidade de serviço prestado às entidades de sessão. As funções implementadas pela camada de transporte dependem da qualidade de serviço desejada. Foram especificadas, então, cinco classes de protocolos orientados à conexão: classe 0: simples, sem nenhum mecanismo de detecção e recuperação de erros; classe 1: recuperação de erros básicos sinalizados pela rede; classe 2: permite que várias conexões de transporte sejam multiplexadas sobre uma única conexão de rede e implementa mecanismos de controle de fluxo; classe 3: recuperação de erros sinalizados pela rede e multiplexação de várias conexões de transporte sobre uma conexão de rede; classe 4: detecção e recuperação de erros e multiplexação de conexões de transporte sobre uma única conexão de rede. 77

78 5 - Sessão A camada de sessão é a responsável pelo estabelecimento de sessões entre dois usuários permitindo o transporte ordinário de dados (assim como a camada de transporte), porém com alguns serviços mais refinados, que podem ser úteis em algumas aplicações. Alguns serviços que a camada de sessão deve prover são, por exemplo: gerência do controle de diálogo: a troca de informações entre entidades em um circuito halfduplex deve ser controlada através da utilização de tokens. A camada de sessão é responsável pela posse e entrega destes tokens, ajudando a controlar de quem é a vez de transmitir; sincronização: para se evitar, por exemplo, a perda de um volume de dados muito grandes que estão sendo transmitidos em uma rede não confiável, utiliza-se o conceito de ponto de sincronização. O ponto de sincronização corresponde a marcas lógicas posicionadas ao longo do diálogo. Toda vez que um usuário recebe um ponto de sincronização, deve enviar uma resposta, confirmando que este foi recebido. Caso a transmissão, por algum motivo, seja interrompida, ela pode ser reiniciada a partir do último ponto de sincronização confirmado; 6 - Apresentação A camada de apresentação, ao contrário das camadas inferiores, já não se preocupa com os dados em nível de bits, mas sim com a sua sintaxe, ou seja, sua representação. Nela é definida a sintaxe abstrata, ou seja, a forma como os tipos e os valores dos dados são definidos, independentemente do sistema computacional utilizado e a sintaxe de transferência, ou seja, a maneira como é realizada esta codificação. Por exemplo, através da sintaxe abstrata define-se que um caracter A deve ser transmitido. A sintaxe de transferência especifica, então, como este dado será codificado em ASCII ou EBCDIC ao ser entregue à camada de sessão. Outras funções que a camada de apresentação pode executar são a criptografia e compressão de dados. 7 - Aplicação Basicamente, as funções da camada de aplicação são aquelas necessárias à adaptação dos processos de aplicação ao ambiente de comunicação. A camada de aplicação é estruturada modularmente para permitir a flexibilidade das funções e de forma, para se determinar os requisitos de comunicação de cada aplicação distribuída. A camada de aplicação deve seguir o descrito na norma ISO Ela é formada por várias ASEs (Elemento de Serviço de Aplicação), que são os componentes básicos das AEs (Entidade de Aplicação). Uma AE é a função que um processo de aplicação utiliza para se comunicar com os seus pares. Um processo de aplicação pode utilizar diversas AEs, cada uma das quais provendo um conjunto de definições de cada uma das funções e das regras que governam o uso destas funções. O componente básico de uma AE é um Elemento de Serviço de Aplicação (ASE). Um ASE é um elemento que define uma função ou um conjunto de funções que ajudam na realização da aplicação. Desta forma, pode-se imaginar que um AE é um grande programa feito de muitos sub-programas ou procedimentos, que são os ASE. As principais funções da camada de aplicação são: 78

79 Seleção do modo de diálogo (full duplex ou half duplex); Determinação da qualidade de serviço aceitável na conexão: retardo de transferência, taxa de erro tolerável etc; Identificação dos futuros parceiros na comunicação: por nome ou endereço; Especificação de aspectos relativos à segurança: controle de acesso, integridade de dados etc. Software de Rede Sistemas Operacionais de Rede Um sistema operacional de um computador pode ser definido como um software composto de um conjunto de rotinas que fornecem serviços básicos de uso geral que simplificam a utilização dos recursos de hardware de uma máquina. Essas rotinas fornecem serviços como: o gerenciamento do uso do processador, alocação dos processos (programas em execução) na memória principal, controle do acesso aos dispositivos de entrada e saída, alocação de informações nos dispositivos de armazenamento etc. Quando surgiram as redes de computadores, foi introduzido um sistema de comunicação para interligar os equipamentos de processamento de dados (estações de trabalho) com o objetivo de permitir o compartilhamento de recursos. Para isto, foi necessário, a adição de recursos de hardware e software às estações. Do ponto de vista do hardware, foi introduzido um dispositivo de entrada e saída adicional, responsável pela interface do computador com o sistema de comunicação: a placa de interface de rede. Para ajustar o sistema operacional do micro, agora com um novo dispositivo físico, surgiram os sistemas operacionais de redes, complementando o sistema operacional antigo com um conjunto novo de funções básicas, e de uso geral, necessárias à operação das estações, de forma a tornar transparente o uso dos recursos compartilhados. Dentre as funções do sistema operacional de rede podemos destacar: o gerenciamento do acesso ao sistema de comunicação e, conseqüentemente, às estações remotas para utilização de recursos de hardware e softwares remotos. Existem dois tipos de rede: Peer-to-peer (ponto a ponto) e Cliente-Servidor. Ponto a ponto. Cliente-Servidor A interface entre as aplicações e o sistema operacional baseia-se, usualmente, em interações solicitação/resposta, onde a aplicação solicita um serviço através de uma chamada ao sistema operacional. O sistema operacional executa o serviço solicitado e responde, informando o status (se foi executado com sucesso ou não) e transferindo os dados resultantes da execução para a aplicação, quando for o caso. No modo de interação Cliente-Servidor, a entidade que solicita um serviço é chamada cliente e a que presta o serviço é o servidor. As estações que disponibilizam a outras estações o acesso a seus recursos através da rede, devem possuir a entidade (ou módulo) servidor. As estações que permitem que suas aplicações utilizem recursos compartilhados com outras estações, devem possuir a entidade (ou módulo) cliente. Na arquitetura peer-to-peer, em todas as estações o sistema operacional de rede possui os módulos cliente e servidor. 79

80 Na arquitetura cliente-servidor, as estações da rede dividem-se em estações clientes, que só possuem as funções do módulo cliente acopladas ao seu sistema operacional local, e em estações servidoras. As estações servidoras necessariamente possuem as funções do módulo servidor e podem, opcionalmente, possuir também as funções do módulo cliente (possibilitando, por exemplo, que um servidor seja cliente de outro, caso típico da relação entre servidores de impressão de arquivos). A figura mostra, como exemplo, um diagrama com os componentes de um módulo cliente DOS em uma rede local de computadores. Neste esquema, o redirecionador intercepta a interrupção INT 21 (em hexadecimal), usada pelas aplicações DOS para solicitar a execução de serviços. Servidores de Arquivo, Banco de dados, Impressão, Comunicação e Outros Podemos definir módulo servidor como a entidade do Sistema Operacional de Rede que torna disponíveis os recursos de uma estação aos usuários da rede. Chamamos de estação servidora, na arquitetura cliente-servidor, a estação que possui um módulo servidor em seu sistema operacional de rede. Existem tipos de servidores, vamos falar um pouco de cada. Servidor de Arquivos O servidor de arquivos tem com função oferecer a seus clientes os serviços de armazenamento e acesso a informações, e de compartilhamento de discos. Servidores de arquivos controlam unidades de disco ou outras unidades de armazenamento, sendo capazes de aceitar pedidos de transações das estações clientes e atendê-los utilizando seus dispositivos de armazenamento de massa. Gerenciam assim, um sistema de arquivos, que pode ser utilizado pelo usuário em substituição ou em adição ao sistema de arquivos existente na própria estação. O sistema de arquivos costumam possuir uma estrutura hierárquica de diretórios, proteção de arquivos individuais e de diretórios através de palavras chaves, chaves para atualização simultânea e segura de arquivos, e várias outras características, como, por exemplo, a garantia da integridade de dados em caso de falhas do sistema ou de acessos concorrentes. A comunicação de um cliente com um servidor pode ser transparente ou não, isto é, o servidor pode tornar totalmente transparente para 80

81 o cliente a localização de um arquivo; ou então caberá ao cliente o conhecimento da localização do arquivo e da troca de primitivas com o servidor. O servidor de arquivo pode ser dividido em três subsistemas funcionais: o subsistema de gerência de arquivos, o subsistema de cache de disco e o subsistema de controle de acesso compartilhado e segurança. O subsistema de gerência de arquivos controla todo acesso físico aos meios de armazenamento. Alguns servidores implementam o seu próprio subsistema de gerência de arquivos a fim de obter melhor eficiência e mais segurança, enquanto outros utilizam os serviços do sistema operacional local. O subsistema de cache de disco aumenta a eficiência do servidor acessando o disco em grandes blocos de dados, mantendo-os em memória RAM, tentando assim diminuir o número de acessos físicos às unidades de armazenamento. O subsistema de acesso compartilhado e segurança controla o acesso simultâneo aos arquivos, permitindo que eles sejam compartilhados e utilizados concorrentemente. São usados dois modelos básicos para controlar o acesso aos arquivos: os modelos share level e user level. No modelo share level cada recurso compartilhado e cada direito de acesso possui uma ou mais senhas de acesso. O dono do recurso é responsável por administrar suas senhas. Qualquer pessoa que conheça a senha pode utilizar o recurso com o direito de acesso a ela associado. Um exemplo de um sistema que utiliza esse modelo de segurança é o Windows for Workgroups. No modelo user level cada usuário possui uma senha pessoal, que autoriza seu acesso ao sistema, e cada recurso possui uma lista de permissões de acesso. Só usuários que pertencem à lista de permissões estão autorizados a utilizar o recurso segundo o tipo de acesso a ele (usuário) disponibilizado. No modelo user level, cabe ao administrador do sistema gerenciar o cadastro de usuários e as listas de permissões dos recursos compartilhados. Um exemplo de sistema operacional que adota esse modelo de segurança é o NetWare Servidor de Banco de Dados As aplicações baseadas no acesso a banco de dados podem utilizar um sistema gerenciador de banco de dados (SGBD) executado no cliente, que usa o servidor de arquivos para armazenar os arquivos dos bancos de dados. Esse processo torna difícil a manutenção da integridade da base de dados pois o Banco de dados é acessado por vários clientes. Para resolver esse problema, poderíamos pensar em uma alternativa em que parte das funções do SGBD fosse executada no servidor, que, neste caso, assumiria não somente as funções de armazenamento de um servidor de arquivos, mas também funções de processamento de consultas, sendo assim denominado servidor de banco de dados. Para visualizarmos melhor as vantagens da utilização de um servidor de banco de dados vamos ver um exemplo da execução de um tarefa de consulta a um banco de dados sem a utilização e com a utilização de um servidor de banco de dados. No primeiro caso para a execução da tarefa, o SGBD local (executado no cliente) tem que ler todos os registros da base de dados residente no servidor de arquivos. Para tal, ele solicita que o servidor de arquivos abra o(s) arquivos(s) da base de dados em questão, e transfira, através da rede, todos os registros para a estação cliente. Após receber os registros, o SGBD local aplica o critério de seleção e entrega à aplicação cliente os registros selecionados. A estação cliente então imprime o relatório. Agora, se fosse utilizado um servidor de banco de dados o SGBD local primeiramente codificaria o pedido do usuário, por 81

82 exemplo, em uma consulta SQL de acordo com o critério de seleção definido pela aplicação. Em seguida, ele enviaria a consulta para o SGBD servidor. O servidor de bancos de dados ao receber o pedido, processa a consulta, lendo todos os registros do banco de dados, localmente, selecionado-os de acordo com o critério definido. Após selecionados os registros relevantes, o SGBD servidor os envia ao SGBD cliente, que os entrega à aplicação. De posse dos registros selecionados, a aplicação gera o relatório. Por este exemplo, vemos duas vantagens quando é utilizado um servidor de banco de dados: a primeira é a utilização da rede, que neste caso, só transporta os registros que efetivamente irão compor o relatório. Neste caso, o ganho no desempenho não se restringe à aplicação em questão, mas estende-se a todas as aplicações que estejam utilizando a rede para intercambiar dados. A segunda vantagem a ser observada, é a possibilidade de concentrar os investimentos no hardware do servidor (processador, memória cache, etc.), implicando em um velocidade de processamento maior do que no caso onde a seleção dos registros é realizada no cliente, usualmente uma máquina de menor capacidade de processamento que o servidor. O custo extra do software e hardware do servidor pode ser facilmente justificado pelo seu compartilhamento. Servidor de Impressão O servidor de impressão tem por finalidade oferecer serviços de impressão a seus clientes, possuindo um ou mais tipos de impressora acoplados, cada um adequado à qualidade ou rapidez de uma aplicação particular. Existem várias formas de implementar um servidor de impressão. A forma mais simples é baseada em pré-alocação da impressora. Nesse caso, o cliente envia um pedido ao servidor, manifestando o desejo de uso de uma impressora específica. Caso essa impressora esteja disponível, ela é então alocada ao cliente até que este a libere (ou então até que se esgote o tempo máximo de utilização, conforme negociação na alocação). Caso a impressora não esteja disponível, o cliente é avisado e colocado, se é de seu desejo, em uma fila de espera. Uma outra forma de implementarmos um servidor de impressão é utilizando a técnica de spooling. Nesse caso, o cliente ao invés de pedir a alocação de uma impressora, envia diretamente ao servidor o documento a ser impresso. Esse documento é colocado em uma fila de espera, sendo impresso quando a impressora estiver disponível. A fila de impressão pode ser realizada em arquivos localizados nos discos existentes no servidor de impressão, ou então através de arquivos de um servidor de arquivos, localizado ou não na mesma estação do servidor de impressão. Nesse último caso, o cliente envia seu documento ao servidor de arquivos e um pedido ao servidor de impressão para a impressão do arquivo determinado. O servidor de impressão, atuando como cliente do servidor de arquivos, solicita que ele lhe envie o arquivo para impressão, quando tiver uma impressora disponível para tal. Servidor de Comunicação A função de um servidor de comunicação é a realização de todos os procedimentos de acesso à rede e de todos procedimentos de interface com os dispositivos dos usuários, agindo assim como um concentrador. Também é usual a utilização de servidores de comunicação para ligação de terminais de pequena capacidade à rede, como também para a ligação de computadores de grande porte à rede. A ligação do servidor ao computador ou terminal pode ser realizada de várias maneiras: desde linhas 82

83 assíncronas de baixa velocidade e protocolo de comunicação bem simples, até canais de entrada/saída com protocolos bastante complexos. Os gateways são estações da rede que oferecem serviços de comunicação com outras redes, se constituindo assim em um caso especial de servidor de comunicação. Servidor de Gerenciamento A função de um servidor de Gerenciamento é a monitoração do tráfego, do estado e do desempenho de uma estação da rede, assim como a monitoração do meio de transmissão e de outros sinais; essa monitoração é necessária para o gerenciamento da rede, de forma a possibilitar a detecção de erros, diagnoses e resoluções de problemas, tais como falhas, diminuição de desempenho etc. O uso de um servidor de gerenciamento não libera as estações de realizarem medidas de diagnose e desempenho, e estatística de controle. Essas funções devem ser realizadas individualmente pelas estações, com relatórios sendo enviados periodicamente ao servidor. Ao servidor caberá a análise desses dados e a obtenção e análise de dados globais da rede, para tomada de decisões quanto ao dimensionamento da rede, tarifação, isolamento de falhas etc. Muitas vezes tal servidor é capaz de receber todos os pacotes que transitam pela rede, mesmo aqueles não endereçados a ele. Dados que exigem segurança devem, nesse caso, sofrer algum tipo de criptografia em níveis superiores de protocolo nas estações de origem. Outros Servidores Gateways; Servidores de nomes, responsável pela função de conversão de nomes simbólicos em endereços numéricos, fornecendo ao usuário transparência das localizações e endereços dos serviços oferecidos pela rede; Servidores de fac-símile; o concentrador de telefones; os servidores de voz e vídeo; os servidores de CD-ROM etc. Sistemas operacionais de rede Recursos de hardware e software Para que uma estação possa operar em uma rede de computadores devem ser instalados recursos de hardware e software que complementam seus dispositivos e seu sistema operacional local. Em uma rede local, o hardware adicional necessário se constitui, em geral, em uma placa de interface e do driver de dispositivo que controla seu funcionamento, além do cabeamento extra. O software adicional, que definimos como sistema operacional de rede, engloba os seguintes componentes: um conjunto de módulos implementando os protocolos e as aplicações cliente-servidor de uso geral e um ou mais drivers com implementações de protocolos de comunicação. O controle da placa de rede é realizado pelo driver de dispositivo que se comunica com o Sistema Operacional Local através de uma interface bem definida. Placa de Interface de Rede A placa de interface de rede (Network Interface Card NIC) é responsável pela conexão do hardware da estação ao meio físico de transmissão e, conseqüentemente, pela transmissão e recepção dos sinais que trafegam no meio físico. Usualmente, nas placas de rede são armazenados e executados os algoritmos que disciplinam o acesso ao meio de transmissão. Assim, na placa de rede 83

84 estão as funções dos níveis físico e de controle do acesso ao meio (subcamada MAC na arquitetura IEEE 802). Drivers da Placa de Rede Um programa qualquer que deseje utilizar uma placa de rede diretamente para transmitir ou receber dados, precisa lidar com detalhes específicos de cada tipo de placa (endereços de entrada/saída, códigos de controle e de status). Essa aplicação teria que ser reescrita, ou reconfigurada, para cada tipo diferente de placa que viesse a utilizar. Com o objetivo de diminuir essa dependência é utilizado o driver de dispositivo (device driver) da placa de interface de rede. O driver de dispositivo, que é normalmente fornecido junto com a placa de rede pelos fabricantes, de um lado lida com os aspectos específicos da operação da placa de rede, e do outro, fornece um conjunto de chamadas mais fáceis de usar e menos dependentes da tecnologia das placas de rede. Note que, apesar do driver de dispositivo simplificar a tarefa de transmitir dados usando a placa de rede, as aplicações continuam tendo que ser escritas especificamente para utilizar a interface definida por um determinado tipo de driver de dispositivo. Por exemplo, nada impede que fabricantes distintos de placas de rede Ethernet implementem drivers de dispositivos com diferentes interfaces. Visando eliminar essa dependência de aspectos de implementação, alguns fabricantes acordaram em desenvolver interfaces comuns. Drivers de Protocolo Nos drivers de protocolo fica o código das várias opções de protocolos de comunicação disponíveis na estação. Alguns exemplos de drivers de protocolo são: o TCP/IP, o SPX/IPX e o NetBIOS. Os drivers de protocolo definem a interface usada pelas aplicações distribuídas pelo intercâmbio de dados. TCP/IP Um driver TCP/IP constitui-se de uma implementação do protocolo de nível de rede Internet Protocol, e do protocolo de nível de transporte Transmission Control Protocol, ambos definidos na arquitetura Internet. Nos Sistemas Operacionais de Rede, os drivers de protocolo definem a interface de programação. Entretanto, a grande motivação do uso do driver TCP/IP pelos sistemas operacionais de redes, é que ele permite a interligação da rede local com outras redes locais, metropolitanas ou geograficamente distribuídas, desde que sejam compatíveis com a arquitetura TCP/IP. IPX/SPX O driver IPX/SPX contém os protocolos básicos dos sistemas operacionais de redes da Novell. O protocolo IPX (Internetwork Packet Exchange) é o protocolo usado pela Novell para o nível de rede. O IPX fornece um serviço datagrama não-confiável a seus usuários (normalmente o SPX), isto é, seus pacotes são transmitidos sem que seja necessário estabelecer conexões e não são reconhecidos pelo destinatário. Os endereços IPX são formados por três componentes: o endereço da rede onde está conectada a estação, o endereço da estação na rede e o endereço de uma porta (socket) que identifica o processo que está executando na estação que enviou ou que irá receber o pacote. O IPX implementa um 84

85 esquema de roteamento inter-redes (todas elas usando o IPX), baseado em tabelas de rotas localizadas nos gateways. O SPX (Sequence Packet Protocol) é o protocolo usado pela Novell para o nível de transporte do RM-OSI. O SPX implementa um serviço de circuito virtual, ou seja, mecanismos de controle de erro, de fluxo e de seqüenciação. NetBIOS O NetBIOS (Network Input/Output System) é uma interface que fornece às aplicações de rede um serviço de transmissão confiável orientado à conexão, um serviço de nomes para identificar seus usuários na rede, e opcionalmente um serviço de transmissão de datagrama não-confiável. A maior parte dos fornecedores de sistemas operacionais de rede (IBM, Novell, Microsoft, 3Com etc) incluem a interface NetBIOS em seus produtos, implementada em um driver de protocolo, ou implementada por um emulador (com as funções de transmissão sendo executadas por outro driver de protocolo, como faz a Novell). Protocolos e Aplicações Cliente-Servidor Os protocolos e as aplicações cliente-servidor utilizam os drivers de protocolo de transporte para intercambiar dados através da rede. Toda interação entre um cliente e um servidor consiste em uma seqüência bem definida de troca de unidades de dados que transportam requisições de serviços e respostas. A troca de mensagens é transparente para os usuários que utilizam os serviços da rede, quer através do redirecionador, quer através de utilitários fornecidos com o sistema operacional de rede. Veremos agora, resumidamente, dois exemplos de protocolos usados em sistemas operacionais de rede para dar suporte a interações cliente-servidor. SMB (Server Message Blocks) Utilizada nos sistemas fornecidos pela Microsoft e IBM. Quando o módulo cliente do sistema operacional de rede intercepta uma chamada feita por uma aplicação para acessar um recurso remoto, ele monta um SMB, colocando nele os parâmetros que identificam o serviço desejado, e o envia ao módulo servidor que controla o recurso em questão. Quando o servidor recebe um SMB carregando um pedido, ele executa o serviço solicitado, monta outro SMB com a resposta e o envia de volta ao cliente. Os SMBs variam de acordo com o comando que transportam. NetWare Shell e o NCP (NetWare Core Protocol) O NetWare Shell é um redirecionador usado em sistemas operacionais de rede da Novell. O NetWare Shell é implementado como uma casca (shell) que fica acima do sistema operacional local, redirecionando os pedidos relativos a recursos remotos para os servidores, e repassando para o sistema operacional local os pedidos de acesso a recursos locais. O protocolo usado na interação entre clientes e servidores NetWare é o NCP. O NCP utiliza o serviço de datagrama fornecido pelo IPX para transmitir suas mensagens, implementando seu próprio mecanismo de controle de conexões. O mecanismo de controle de erro utilizado no NCP baseia-se no reconhecimento de cada pacote IPX transmitido. Só uma solicitação NCP pode estar pendente em um determinado instante do tempo. Um campo da mensagem NCP carregando um número de seqüência identifica os pedidos e permite que o cliente possa associar uma resposta ao pedido correspondente. O número de seqüência é 85

86 incrementado a cada solicitação. Outro campo da mensagem carrega um código que identifica o tipo de serviço solicitado por um cliente a um servidor. O NCP permite que objetos (usuário, grupos de usuários, servidores etc.) sejam associados a nomes e possam armazenar atributos que definem suas propriedades. As informações sobre os objetos são armazenadas em um banco de dados do servidor de arquivos denominado bindery. O NCP utiliza o bindery para implementar serviços de nomes, contabilização do uso de recursos e mecanismos de segurança. As conexões entre clientes e servidores são identificadas por um número de conexão, que é utilizado pelo NCP para controlar os pedidos feitos e os recursos utilizados por um dado cliente, e para verificar se o usuário tem permissão para executar os pedidos que faz. Serviços de Comunicação de Dados SMDS - Switched Multimegabit Data Services Serviço de dados público de alta velocidade baseado em comutação de pacotes que permite performance do tipo das LANs em MANs ou WANs sem limite de distância. Embora utilizando standards DQDB, o SMDS também pode ser utilizado sobre ATM. Oferece um tamanho variável de pacote, redes privadas virtuais (Virtual Private Network), grupos fechados de utilizadores (Closed User Group) e velocidades entre 34 Mbps e 155 Mbps. Projetado pela empresa Bellcore (nos anos 80, entrando em operação no início dos anos 90) dos EUA para a interligação de redes locais geograficamente distribuídas. Oferece serviços de comunicação de dados em alta velocidade, agindo como uma espinha dorsal de rede local. Protocolo X.25 O protocolo X.25 foi definido pelo CCITT como interface padrão entre DCEs para redes de dados comutadas chaveadas ( switched ) por pacotes, conhecida como Recomendação da Série X. Este fato ocorreu tendo por objetivo possibilitar aos fabricantes de computadores e equipamentos de transmissão de dados o desenvolvimento de hardware e software para ligação de um computador a qualquer rede pública do mundo, além de facilitar o trabalho de interconexão de redes. O protocolo X.25 pertence à categioria dos protocolos orientados a bit, operando de acordo com as três primeiras camadas do modelo OSI/ISO, definindo uma disciplina de comunicação entre terminais e rede pública ou privada, regularizando o estabelecimento de chamada, transmissão de dados, desconexão e controle do fluxo de dados. Normalmente, as redes de comutação por pacotes 86