Características das transmissões de dados

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1 Características das transmissões de dados Existem duas formas para transmissão de dados: Digital Analógico Características das transmissões de dados Sinais digitais Os sistemas informáticos processam informação sob a forma de sinais digitais, que codificam zeros e uns (bits - binary digits). As transmissões em redes locais e campus são sempre digitais, já que os meios de transmissão usados (switch, cabo, router, etc...) permitem sinais digitais. 1

2 Características das transmissões de dados Sinais analógicos São um meio de transmitir sinais analógicos (como voz, fotografia em película, balança de molas...). As transmissões são obrigatoriamente analógicas quando se usam, por exemplo, cabos telefónicos. Características das transmissões de dados Conversão de sinais Modem: recebe dados digitais e converte-os para a forma analógica, para transmissão sobre um meio, por exemplo, linha telefónica. MOdulator: digital para analógico. DEModulator: analógico para digital. 2

3 Taxas de Transmissão Taxas de Transmissão Bit rate, em português taxa de transmissão, consiste no número de bits por segundo (bps) que podem ser transmitidos por um canal. 3

4 Taxas de Transmissão Muitas vezes confundido com a velocidade, o bit rate não mede distancia/tempo mas sim quantidade/tempo. Quantidade Símbolo Múltiplo 1,000 bit/s 1 Kbit/s ,000,000 bit/s 1 Mbit/s ,000,000,000 bit/s 1 Gbit/s ,000,000,000,000 bit/s 1 Tbit/s byte = 8 bits Largura de banda 4

5 Largura de banda Numa definição simplificada, a largura de banda de um canal é a diferença entre a maior frequência e a menor frequência que o canal suporta. É expressa em Hertz. A noção é fácil de entender se pensarem, por exemplo, no ouvido humano. Há uma frequência de sons abaixo da qual não conseguimos ouvir e há outra acima da qual também não. A diferença entre as duas é a largura de banda do ouvido humano. Largura de banda/transmissão A uma maior largura de banda de um canal de transmissão corresponderá uma maior capacidade de transmissão de informação. Essa maior capacidade de transmissão pode traduzir-se em taxas de transmissão mais elevadas. 5

6 Ficha de Trabalho 111 Topologias de rede 6

7 Topologias de rede Topologia é um termo usado para designar a configuração assumida pelos nós (computadores) de uma rede, ou seja, a forma como eles estão ligados entre si. Rede em estrela Rede em estrela: Todos os dispositivos estão ligados a um elemento central (hub, switch, servidor, etc); 7

8 Rede em estrela Principais vantagens: Fiabilidade: uma falha num dispositivo ligado à rede não compromete a rede; Desempenho: tem um bom desempenho; Centralização: permite a análise fácil do tráfego da rede, assim como a melhoria do seu desempenho melhorando o elemento central. Rede em estrela Principais desvantagens: Dependência do elemento central uma falha no elemento central da rede causa uma falha em toda a rede; elevada vulnerabilidade do elemento central a problemas de excesso de tráfego; performance e escalabilidade dependentes do elemento central. 8

9 Rede bus Rede bus: Todos os dispositivos estão ligados através de uma linha de comunicação central comum, denominada bus. Rede bus Principais vantagens: Fácil de implementar e expandir; Mais barata e rápida de implementar que outras topologias; Fácil de detectar e corrigir falhas nos cabos. 9

10 Rede bus Principais desvantagens: Limitada pelo tamanho do cabo; Vulnerável, basta um problema no cabo para afectar toda a rede; Apenas um elemento pode comunicar de cada vez; A performance é significativamente afectada à medida que o número de computadores ligados à rede aumenta (partilha da largura de banda). Rede em anel Rede em anel: Cada dispositivo está ligado a outros dois dispositivos, formando uma só linha de comunicação, disposta de forma circular. 10

11 Rede em anel Principais vantagens: Performance superior à rede em estrela quando sob utilização pesada; Não precisa da aquisição, instalação, configuração e manutenção de um elemento central para controlar a rede. Rede em anel Principais desvantagens: Basta falhar um elemento da rede para falhar toda a rede; Operações de manutenção, adição ou remoção de dispositivos afectam toda a rede; Mais lenta que uma rede em estrela em utilização normal. 11

12 Trabalho de grupo Faça uma grelha onde coloque os prós e contras de cada uma das topologias. Anel Bus Estrela Prós Contra Prós Contra Prós Contra Síntese Uma rede informática é constituída por computadores ligados entre si através de linhas de comunicação (cabos de rede) e elementos materiais (placas de rede, bem como outros equipamentos que permitem assegurar a boa circulação dos dados). À configuração física chama-se topologia física, onde estudamos: Estrela Bus Anel

13 Topologia Lógica A topologia lógica, em oposição à topologia física, representa a forma como os dados transitam nas linhas de comunicação. As topologias lógicas mais correntes são Ethernet, o Token Ring. 125 Ethernet A Ethernet é uma tecnologia de rede local, que foi desenvolvida por Bob Metcalf em Metcalf desenvolveu um método de cablagem que liga dispositivos Ethernet e os standards que regulam a comunicação através do cabo

14 Ethernet Os dispositivos ethernet ligam-se a um meio físico comum, que fornece um caminho através do qual sinais eléctricos circulam. Esse meio é normalmente o cabo de par entrançado ou fibra óptica. O meio físico partilhado designa-se por segmento Ethernet, e os dispositivos a ele ligados são os nós. 127 Ethernet Os nós comunicam através de mensagens chamadas frames, que são pedaços de informação de tamanho variável. Cada frame inclui um endereço de destino e um endereço de remetente; esse endereço identifica unicamente o nó

15 Ethernet Para regular a comunicação entre os nós, a Ethernet utiliza CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Colision Detection). O termo multiple access significa que quando um nó transmite, todos os outros nós recebem a transmissão. Quando um nó quer transmitir, primeiro verifica se algum outro nó está a transmitir, caso isso aconteça ele aguarda, caso contrário inicia a sua transmissão, isto é o carrier sense. 129 Ethernet Para regular a comunicação entre os nós, a Ethernet utiliza CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Colision Detection). Caso mais do que um nó envie dados simultaneamente para a linha, então dá-se uma colisão e, nesse caso os nós param de transmissão durante um período de tempo aleatório e depois tentam novamente; esse período de tempo nunca é o mesmo para ambos os nós de modo a evitar nova colisão

16 Ethernet Os padrões actuais do protocolo Ethernet são os seguintes: - 10 megabits/seg: 10Base-T Ethernet (IEEE 802.3) megabits/seg: Fast Ethernet (IEEE 802.3u) - 1 gigabits/seg: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) - 10 gigabits/seg: 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) 131 Elementos físicos - Ethernet A Placa de rede RJ - 45 Switch Hub Pormenor RJ

17 Ethernet Mac address O endereço MAC (do inglês Media Access Control) é o endereço físico de 48 bits da estação, ou, mais especificamente, da interface de rede. O protocolo é responsável pelo controle de acesso de cada estação à rede Ethernet. Representa-se um endereço MAC escrevendo, exactamente, 12 dígitos hexadecimais agrupados dois a dois. 00:00:5E:00:01: E É um endereço único, i.e., não existem, em todo o mundo, duas placas com o mesmo endereço. 133 Fonte: Wikipedia Ethernet A maioria das instalações modernas de Ethernet usam switches Ethernet em vez de hubs. Embora a cablagem seja idêntica à de uma Ethernet com hub (Ethernet Compartilhada), com switches no lugar dos hubs, a Ethernet tem muitas vantagens, incluindo maior largura de banda e cablagem simplificada. Redes com switches tipicamente seguem uma topologia em estrela, embora elas ainda implementem uma "nuvem" única de Ethernet do ponto de vista das máquinas ligadas

18 Ethernet Hoje em dia, "Ethernet" é quase sinónimo de rede. Por ser um padrão aberto, qualquer fabricante pode fabricar placas e outros componentes de rede e desenvolver soluções, o que aumenta a concorrência e o volume produzido, derrubando os preços. Dentro do cenário atual, desenvolver padrões proprietários de rede não faz muito sentido, pois além de produzir as placas o fabricante precisaria arcar com todos os custos relacionados ao desenvolvimento e à divulgação da tecnologia. 135 Token Ring Mas, nem sempre foi assim. Durante a década de 1980 o padrão Ethernet disputava a supremacia com dois padrões então proprietários, o ARCNET e o Token Ring. Apesar de atualmente ambos serem ilustres desconhecidos, citados apenas em textos de referência histórica, eles tiveram sua época de glória

19 Token Ring Como funciona? Um pacote especial, chamado pacote de Token circula pela rede, transmitido de comutador em computador. Quando um computador precisa transmitir dados, espera até que o pacote de Token chegue e, em seguida, começa a transmitir os dados. Na transmissão em redes Token, os pacotes são transmitidos de estação para estação (daí a topologia lógica de anel). A primeira estação transmite para a segunda, que transmite para a terceira, etc. 137 Token Ring Esta topologia foi descontinuada em detrimento de Ethernet e é utilizado atualmente apenas em infra-estruturas antigas

20 O que é o modelo OSI? 139 Quando começaram a surgir os primeiros equipamentos e software para redes de computadores, não existiam normas ou padrões bem definidos; Cada empresa fabricante procurava impor os seus modelos próprios, bastante diferenciados entre si e pouco vocacionados para poderem interligar-se e comunicar uns com os outros

21 Tornou-se evidente a necessidade de definir padrões ou standards a nível internacional, por forma a tornar possível a possibilidade dos equipamentos poderem ligar-se e comunicar entre si, independentemente das suas diferenças quer ao nível do hardware quer ao nível do software. No final da década de 70, surge, por iniciativa da ISO (International Standards Organizatíon), o modelo OSI (Open Systems lnterconection que podemos traduzir por Interligação de Sistemas Abertos) 141 O modelo OSI consiste num conjunto de protocolos para o fabrico de equipamentos e desenvolvimento de software, destinados a funcionar em redes de computadores. O modelo OSI subdivide o processo global da comunicação de dados entre computadores em sete níveis ou camadas (layers), cada uma das quais com determinadas funções específicas

22 Protocolos Protocolo é a linguagem usada para transmitir dados pela rede. Para que dois computadores possam comunicar devem usar o mesmo protocolo, - a mesma linguagem. Dois protocolos diferentes podem ser incompatíveis, mas se eles seguirem o modelo OSI, ambos farão as coisas na mesma ordem. 143 Quando o computador está a transmitir dados para a rede, uma dada camada recebe dados da camada superior, acrescenta informações de controle pelas quais ela seja responsável e passa os dados para a camada imediatamente inferior

23 Quando o computador está a receber dados, dáse o processo inverso: uma dada camada recebe dados da camada inferior, processa os dados recebidos removendo informações de controle pelas quais ela seja responsável e passa os dados para a camada imediatamente superior. 145 O importante é saber que cada camada adiciona (quando o computador estiver a transmitir) ou remove (quando o computador estiver a receber) informações de controle de sua responsabilidade

24 Todas as camadas comunicam com as camadas que lhe são adjacentes, ou seja, qualquer camada pode comunicar com a camada directamente acima ou abaixo dela. 147 Camadas dependentes da rede Física, Ligação de Dados, Rede Dependem do meio físico de transmissão, da topologia da rede Camada de Interface Transporte Fornece uma interface independente da rede para ser usada pelas camadas orientadas à aplicação. Camadas orientadas à aplicação Sessão, Apresentação, Aplicação Dependem da máquina e do sistema operativo

25 Aplicação Estabelece um interface entre o software de aplicação do utilizador e as camadas inferiores. Por exemplo: ao solicitar a recepção de e- mails através do aplicativo de , este entrará em contacto com a camada de Aplicação do protocolo de rede efectuando tal solicitação. Aplicação Funções do nível de aplicação Transferência de ficheiros. Mensagens. Serviço de ficheiros. Suporte de bases de dados. Gestão de redes. 25

26 Apresentação Chamada camada de Tradução, converte o formato do dado recebido pela camada de Aplicação num formato comum a ser usado pela lista de protocolos. Esta camada protocolar vem resolver vários problemas geralmente comuns na transferência de informação, preocupando-se mais com a sintaxe e semântica da informação em vez da transferência fiável de informação que é gerida pelas camadas inferiores. Apresentação Funções do nível de apresentação Sintaxe para transferência de dados. Traduz os dados do formato do aplicativo para o formato da rede e vice-versa. 26

27 Sessão A camada de Sessão permite que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. Nesta sessão, essas aplicações definem como será feita a transmissão de dados e coloca marcações nos dados que estão a ser transmitidos. Se a rede falhar, os computadores reiniciam a transmissão dos dados a partir da ultima marcação recebida pelo computador receptor. Sessão Funções do nível de sessão gerir o modo de comunicação usado pelos dispositivos intervenientes; proporcionar e garantir a sincronização; sincronização de nível superior (ex: na transferência de ficheiros muito grandes, coloca marcas para em caso de abortar a transmissão não ter que repetir a transferência desde o início). 27

28 Transporte A função básica desta camada é a de garantir a transmissão total dos dados desde a origem ao seu destino. Para isso, recebe os dados da camada superior (camada de sessão) e segmenta-os em pequenos pedaços, após o qual os passa à camada inferior (camada de rede). É responsável por pegar os dados enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão transmitidos para a camada de Rede. Rede Faz o endereçamento dos pacotes. Converte os endereços lógicos em endereços físicos. Também determina a rota (routers) que os pacotes irão seguir para atingir o destino, baseada em factores como condições de tráfego da rede e prioridades. Controle de congestionamento. 28

29 Ligação de dados Camada que pega nos pacotes de dados recebidos da camada de rede e transforma-os em quadros(frames) que serão transferidos pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle, etc Camada que detecta e, opcionalmente, corrige erros que possam acontecer no nível físico. Ligação de dados Aspectos a considerar: Formatação de pacotes (divisão e delimitação dos dados em pacotes) Transmissão sequencial de pacotes Confirmação da recepção correcta dos pacotes Repetição de pacotes (em caso de erros de transmissão) Eliminação de eventuais pacotes duplicados. 29

30 Física Esta camada está directamente ligada ao equipamento. A transmissão real de bits sobre um suporte físico é da responsabilidade da camada física. Ela tem de garantir que um bit transmitido de um ponto seja igual ao recebido noutro ponto. Controla a quantidade (bit rate bps) e velocidade de transmissão. Unidade Camada Função Camadas relacionadas com o meio Dados Aplicação Apresentação Sessão Ligação entre rede e aplicação Representação de dados e encriptação Estabelecer sessões de comunicação Segmentos Transporte Ligações ponto a ponto Pacote Rede Roteamento Camadas relacionados com o meio Frame Dados Endereçamento físico Bit Física Meio, sinal e transmissão binária