Redes de Computadores

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1 Redes de Computadores Camada Física Curso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet Turma: TEC.SIS.1T

2 Redes de Computadores Conteúdo Programático :: 1 a Unidade 1. Conceitos básicos sobre comunicação de dados 1.1. Conceito das redes de computadores 1.2. A Internet 1.3. Parâmetros de comparação entre as redes 1.4. Topologias 2. Modelos de comunicação em redes 2.1. Visão da estrutura de camadas do RM-OSI 2.2. Visão da estrutura de camadas do TCP/IP 3. Camadas do modelo/arquitetura TCP/IP 3.1. Camada Física Visão geral das técnicas e meios de transmissão de dados Dispositivos da camada física Cabos, conectores Normas de Cabeamento estruturado, projetos Camada de Enlace Serviços Técnicas de correção de erros Protocolos de acesso múltiplo Endereços de LAN e ARP Padrões Padrões Ethernet CSMA/CD Bridges e Switches

3 Dispositivos Cabeamento Fino (Coaxial)

4 Dispositivos Cabeamento Par Trançado

5 Dispositivos Cabeamento de Fibra Ótica

6 Dispositivos Cabeamento de Fibra Ótica (Conectores)

7 Dispositivos Transceiver (exemplo: Fibra Ótica) Interface GBIC (conector SC fêmea) Interface LAN (conector RJ45 fêmea)

8 Dispositivos Transceiver

9 Dispositivos Repetidor É normalmente um dispositivo eletrônico analógico que continuamente quando percebe um sinal em um cabo, transmite uma cópia ampliada no outro cabo.

10 Dispositivos Bridge Manipula quadros completos. Quando recebe um quadro de um segmento, verifica se o quadro chegou intacto e então encaminha uma cópia deste quadro para o outro segmento.

11 Dispositivos Redes Locais sem Fio

12 Dispositivos Redes Locais sem Fio (Topologias WLAN)

13 Informação e Sinal passagem de sinais através dos meios físicos de comunicação que compõem as redes O processo de comunicação envolve a transmissão de informação de um ponto a outro através de uma sucessão de processos A geração de uma idéia, padrão ou imagem na origem A descrição dessa idéia, com uma certa medida de precisão, por um conjunto de símbolos A codificação desses símbolos em uma forma propícia à transmissão em um meio físico disponível A transmissão desses símbolos codificados ao destino A decodificação e reprodução dos símbolos A recriação da idéia transmitida com uma possível degradação de qualidade pelo destinatário Sinais nada mais são do que ondas que se propagam através de algum meio físico

14 Freqüência O IEEE define uma freqüência como número completo de variações dos ciclos de uma senóide por unidade de tempo A unidade de tempo que podemos considerar é o segundo A unidade da freqüência é dada em Hertz (Hz), que significa número de ciclos por segundo

15 Faixas de Freqüência Banda de Freqüência Nome Exemplo de Aplicação 300 a 3000 khz MF (Medium Frequency) Rádio AM convencional 3 a 30 MHz HF (High Frequency) Rádio de ondas curtas 30 a 300 MHz VHF (Very High Frequency) TV VHF e Rádio FM 300 a 3000 MHz UHF (Ultra High Frequency) TV UHF e microondas terrestres 3 a 30 GHz SHF (Super High Frequency) Microondas terrestres e satélite 30 a 300 GHz EHF (Extremely High Frequency) Industriais, Científicas e Médicas Fonte: ANATEL

16 Analógico x Digital Computadores são equipamentos que armazenam, processam e codificam informações em bits Os bits correspondem a dois níveis discretos de tensão ou corrente, representando os valores lógicos 0 ou 1 Chama-se este tipo de informação de digital Uma onda sonora é uma informação analógica T Sinal Analógico Sinal Digital

17 Modulação de Sinal É um processo no qual certas características de uma onda, denominada portadora, são modificadas segundo uma função modulante Três formas genéricas de modulação: por amplitude (AM), por freqüência (FM) e por fase (PM). O MODEM (MOdulador / DEModulador): transmite informações digitais em ondas analógicas Níveis T Mensagem Digital Mensagem Analógica

18 Exemplo de envio de sinais (longas distâncias) Uma portadora típica oscila continuamente, mesmo quando nenhum dado está sendo enviado Um sinal digital A onda que resulta da modulação da amplitude usando o sinal em (a). A portadora é reduzida a 2/3 da potência total para codificar um bit 1 e1/3 da potência para codificar um bit 0

19 Exemplo de codificação PCM (Pulse Code Modulation) Sinal original Pulsos PAM Pulsos PCM Saída PCM Realizado por CODECs (CODer / DECoder)

20 Banda Passante 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 (a diferença entre a maior e a menor freqüência que compõem o sinal) Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem que haja perdas (de energia) durante o processo Perdas de energia significam alterações nos sinais que estão sendo transmitidos A proporção da perda para cada freqüência do espectro é uma característica do meio

21 Multiplexação Na prática, a banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor que a banda passante dos meios físicos disponíveis Multiplexador Multiplexador Multiplexação é a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico Existem duas formas básicas de multiplexação Multiplexação na freqüência (Frequency Division Multiplexing FDM) Multiplexação no tempo (Time Division Multiplexing TDM)

22 Multiplexação na Frequência (FDM) A técnica consiste em: passar um filtro em cada um dos sinais de forma a preservar somente a faixa relativa à banda passante de cada um deles deslocar estas faixas de freqüência originais sem que um sinal interfira no outro. Isto é, eles passam a ocupar faixas disjuntas, sem sobreposição

23 Multiplexação no Tempo (TDM) TDM Síncrono TDM Assíncrono T T t1 t2... tn t1 t2... tn A1 B1 B2 C2 Cabeçalho Capacidade extra disponível A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 Banda desperdiçada Uso de slots de tempo

24 Banda Base x Banda Larga (uso de multiplexação) Na sinalização em banda base (também chamada de sinalização digital) o sinal é simplesmente colocado na rede sem se usar qualquer tipo de multiplexação A sinalização em banda larga (também chamada de sinalização analógica) realiza a multiplexação na freqüência (FDM)

25 O protocolo Ethernet Desenvolvido no Centro de Pesquisa da Xerox Palo Alto (início dos anos 70) Padrão controlado atualmente pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Em sua versão original, uma rede local (LAN) Ethernet consistia em um cabo coaxial único, chamado de éter, ao qual múltiplos computadores se conectavam. Depois o éter passou a ser uma combinação de emendas (até dar lugar às rede em estrela)

26 O protocolo Ethernet O hardware Ethernet original opera(va) em uma largura de banda de 10 Mbps (Megabits por segundo) Uma versão posterior conhecida como Fast Ethernet passou a operar a 100 Mbps Posteriormente, surgiu a versão Gigabit Ethernet, operando a Mbps ou 1 Gigabit por segundo (Gbps) Atualmente, estão disponíveis e em funcionamento redes 10-Gigabit Ethernet, operando a 10 Gigabits por segundo (Gbps) Um dos motivos do sucesso e hegemonia do Ethernet nas redes é a compatibilidade!!! A maioria dos equipamentos a compatibilidade com redes de menor velocidade (10/100/100/10000)

27 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico Como a Ethernet foi planejada para funcionar em uma topologia em barra, presume que múltiplos computadores devem compartilhar o acesso a um meio físico único (e sem controle). Nas redes em barra (sem chaveamento) cada host ao transmitir um sinal, este (sinal) se propaga, independente da posição do host, em direção às duas extremidades do cabo.

28 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico A falta de controle no meio favorece a colisão (dois ou mais hosts tentando transmitir ao mesmo tempo no cabo compartilhado)

29 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico Necessidade de um protocolo para coordenar a transmissão (já que o meio não tem como controlar) CSMA/CD :: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Sensibilidade de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão

30 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico CSMA/CD :: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Sensibilidade de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão Este esquema determina o estado do meio através da análise da atividade elétrica no cabo. Quando nenhum computador estiver enviando um quadro, o barramento não contém sinais elétricos. Durante a transmissão de um quadro, porém, um remetente transmite sinais elétricos usados para codificar bits.

31 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico CSMA/CD :: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Sensibilidade de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão Se não houver nenhum sinal, o computador pode transmitir um quadro. Se houver um sinal, o computador deve esperar que o host ativo termine antes de continuar. Este procedimento (contenção) previne que um computador interrompa uma transmissão em andamento (colisão)

32 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico CSMA/CD :: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Sensibilidade de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão Dois computadores podem, porém, testar simultaneamente o meio e, detectando-o inativo, transmitirem, ambos, seus quadros Quando isso ocorre, chamamos de Colisão!!! Quando uma colisão ocorre, nenhum dos quadros enviados é corretamente recebido (protocolos de detecção de erro descartam os dados)

33 Transmissão da Informação Compartilhamento do meio físico CSMA/CD :: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Sensibilidade de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão As estações que enviam dados, monitoram seus sinais no cabo, detectando colisões (quando o sinal no cabo difere do seu sinal). A estação remetente pára de transmitir assim que detecta uma colisão. Esta detecção de colisão (Collision Detection = CD) de pacotes complementa o conceito do CSMA/CD

34 Transmissão da Informação Exercícios/perguntas de Fixação de Conteúdo Qual a velocidade máxima das primeiras redes Ethernet (limitação que ainda é observada em redes baseadas em hubs)? A. 1 Mbps B. 10 Mbps C. 100 Mbps D Mbps

35 Transmissão da Informação Exercícios/perguntas de Fixação de Conteúdo Qual a velocidade do sucessor do padrão Ethernet clássico, conhecido por Fast-Ethernet, a segunda geração do Ethernet? A. 10 Mbps B. 100 Mbps C Mbps (1 Gbps) D Mbps (10 Gbps)

36 Transmissão da Informação Exercícios/perguntas de Fixação de Conteúdo Qual o nome do protocolo de controle de transmissão em redes com topologia em barra, que utilizam o padrão Ethernet? A. TDMA B. GPRS C. CSMA/CD D. CSMA/CA