Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI

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1 Modelo de Referência OSI Modelo de Referência OSI OSI (Open Systems Interconnection) Criado pela ISO (International Standards Organization) É um modelo abstrato que relaciona funções e serviços de comunicações em sete camadas. Cada camada oferece serviços de comunicação à camada superior. Em um sistema, cada camada N conversa com sua par no outro lado, através de um protocolo da camada N. Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Máquina A Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Protocolo de aplicação Protocolo de apresentação Protocolo de sessão Protocolo de transporte SUB-REDE DE COMUNICAÇÕES Roteador Roteador Máquina B APDU PPDU SPDU TPDU pacote quadro bit Modelo de Referência OSI Nível Físico (1) Características mecânicas, elétricas e funcionais de conectores e fios, Representação dos bits em termos de sinais elétricos (níveis de tensão e duração - taxa de transmissão). conexão half-duplex ou full-duplex Transmissão serial ou paralela Modelo de Referência OSI Nível de Enlace (2) Converte um canal de transmissão físico não confiável em um canal confiável de transmissão Enquadramento. bits de delimitação de quadros Detecção e recuperação de erros. redundância Controle de fluxo controle de emissão, como, por exemplo, janela deslizante. Modelo de Referência OSI Modelo de Referência OSI Nível de Rede (3) Endereçamento, seqüenciamento e roteamento. datagrama: não orientado à conexão circuito virtual: orientado à conexão Interconexão entre redes heterogêneas. Nível de Transporte (4) Comunicação fim-a-fim transparente e confiável. Seqüenciamento, controle de erros, controle de fluxo Multiplexação Espalhamento (splitting) Segmentação 1

2 Modelo de Referência OSI Modelo de Referência OSI Nível de Sessão (5) Sintaxe Gerência de token Controle de diálogo pontos de sincronismo Gerência de atividades Nível de Apresentação (6) Semântica dos dados (preocupa-se com a representação da informação). compressão de texto conversão de códigos criptografia Modelo de Referência OSI Modelo de Referência OSI Nível de Aplicação (7) Interface do modelo OSI com os processos do usuário Diversos elementos de serviços genéricos (Service Element) ACSE (Association Control) ROSE (Remote Operations) RTSE (Realiable Transfer) Usuário (A) Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Transmissão de dados dados A dados P A dados S P A dados T S P A dados N T S P A dados L N T S P A dados L Usuário (B) Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física F L N T S P A dados L F Física Modelo de Referência TCP/IP Modelo de Referência TCP/IP TCP/IP são os protocolos oficiais da Intenet. A Internet surgiu a partir da ARPANET (rede de pesquisa criada pela Departamento de Defesa dos Estados Unidos). Aos poucos centenas de universidades e repartições públicas foram sendo conectadas e começou a surgir problemas com os protocolos existentes. Solução: Criação de uma nova arquitetura de referência. Aplicação Transporte Internet Interface de Rede Nível de Interface de Rede Não é feita nenhuma especificação Tornar possível o envio de pacotes IP. Nível Internet Especifica formato dos pacotes e mecanismos usados para seguir adiante os pacotes. Define o protocolo IP. 2

3 Modelo de Referência TCP/IP Nível de Transporte Especifica como assegurar a transferência entre origem e destino. Definição de dois protocolos fim a fim: TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Nível de Aplicação Especifica como uma aplicação usa a Internet. O Nível de Enlace nas Redes Locais Modelo OSI para uma rede de longa distância O Nível de Enlace nas Redes Locais Modelo OSI adaptado a redes locais O Nível de Enlace nas Redes Locais Foi necessário adaptar o modelo OSI para aplicação no contexto de redes locais. Esta adaptação resultou na subdivisão do nível de enlace em dois subníveis, denominados: LLC - Logical Link Control, ou simplesmente Controle de Enlace; MAC - Medium Access Control, ou Controle de Acesso ao Meio. Objetivo; conseguir que o subnível superior, o LLC, se tornasse independente da topologia, do meio de transmissão e do método de acesso usados na rede local. Assim, possíveis alterações na topologia ou técnica de rede local não afetariam o protocolo de enlace. O Nível de Enlace nas Redes Locais As redes locais são padronizadas pelo IEEE (Institute of Eletrical and Electronics Engineers) com o nome de IEEE 802. Os padrões IEEE 802 restringem-se aos níveis físico e de enlace (1 e 2) do modelo OSI. As redes locais foram originadas da rede Ethernet. A GM participou ativamente da padronização da Ethernet pois ela achava que essa era a única saída para a competição com a indústria japonesa. Via a tecnologia de rede local como a forma ideal de interligar as máquinas e robos no ambiente de fábrica. O Nível de Enlace nas Redes Locais Ethernet: todas as máquinas ouvem o barramento. Se ele não estiver ocupado, qualquer máquina pode transmitir. Se duas máquinas o fazem ao mesmo tempo, ocorre uma colisão. Neste caso, ambas as estações interrompem a transmissão, esperam durante um tempo gerado aleatoriamente e tentam novamente. Não existe, um limite máximo para o tempo que uma máquina terá até conseguir transmitir com sucesso. Esse tempo depende das condições de tráfego na rede e tende ao infinito em condições de carga elevada. 3

4 O Nível de Enlace nas Redes Locais Token Bus (ficha-barramento): cada estação recebe o direito de transmissão na forma de uma ficha (token) e pode então transmitir (ou não) até um tempo máximo determinado, passando depois a ficha à estação seguinte de um anel lógico. Aqui o pior caso do atraso é determinístico e não mais estatístico ou aleatório. Token Ring (ficha em anel): A IBM justificou a sua escolha defendendo a alta eficiência e outra vantagens técnicas dessa tecnologia. O Nível de Enlace nas Redes Locais O Comitê acabou por adotar os três padrões, hoje conhecidos como IEEE 802.3, e O nível de enlace foi dividido em duas sub-camadas. Os três padrões diferem no nível físico e nas funções do MAC. Nas funções do LLC todas as três arquiteturas usam o mesmo protocolo, padronizado pela norma Para as redes metropolitanas, como DQDB (Distributed Queue Dual Bus), foi definido o padrão IEEE O Nível de Enlace nas Redes Locais Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs Padrão IEEE rede em barra, utilizando CSMA/CD como método de acesso Padrão IEEE rede em barra, utilizando passagem de permissão como método de acesso Padrão IEEE rede em anel, utilizando passagem de permissão como método de acesso Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs Padrão IEEE a: fornece transmissão de até 54 Mbps na banda 5 GHz. Menos possibilidade de interferência na frequência de rádio do que a b e a g. Alcance relativamente menor (aproximadamente 60 metros) do que a b. Não é interoperável com a b. Padrão IEEE b: fornece transmissão de até 11 Mbps na banda 2.4 GHz. Não é interoperável com a a. Oferece acesso a dados até 100 metros de distância da estação base. Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs Padrão IEEE g: fornece transmissão de até 54 Mbps (normalmente 22 Mbps) na banda 2.4 GHz. Considerada a sucessora da b e compatível com a mesma. Oferece acesso de alta velocidade a dados até 100 metros de distância da estação base. 4

5 Modulação e Codificação Modulação Dados analógicos Sinais analógicos Dados digitais Sinais analógicos Codificação Dados analógicos Sinais digitais Dados digitais Sinais digitais Modulação Processo pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante) modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou fase) de uma onda senoidal, dita portadora. A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora. Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital (demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta a informação. Modulação Modulação Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica. Rede telefônica: sinais de voz a 3400 Hz. Há basicamente quatro técnicas modulação em amplitude modulação em frequência modulação em fase modulação QAM Através destas técnicas de modulação pode-se transformar um dado digital em um sinal analógico. Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico: taxas de transmissão facilidade de instalação imunidade a ruídos confiabilidade custo total 5

6 Coaxial Par trançado Fibra ótica Rádio Infravermelho... Cabo Coaxial Consiste em um condutor de cobre central, uma camada de isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa Capa Plástica Protetora 2 Camada Condutora 3 Camada Isolante 4 Fio de Cobre Par Trançado Consiste de pares fios de cobre enrolados de forma helicoidal reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios. Existem dois tipos de par trançado: STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem 6

7 UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem Cabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura. Referência (banda passante) Impedância Aplicações (Telefonia e Dados) EIA/TIA Cat Ohms Telefonia analógica 4KHz Telefonia digital 64KHz EIA/TIA Cat. 2 (até 1 MHz) 100 Ohms ISDN Dados IBM 3270, AS 400 EIA/TIA Cat. 3 (até 16 MHz) EIA/TIA Cat. 4 (até 20 MHz) EIA/TIA Cat. 5 (até 100 MHz) 100 Ohms IEEE 10BaseT Token Ring 4 Mbit/s 100 Ohms IEEE 10BaseT Token Ring 4 e 16 Mbit/s 100 Ohms IEEE 10BaseT e 100BaseT Token Ring 4 e 16 Mbit/s Fibra Ótica Composta basicamente de material dielétrico, seguindo uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas. Existem três tipos de fibras: multimodo com índice degrau multimodo com índice gradual monomodo Multimodo com índice degrau Diferentes índices de refração 7

8 Multimodo com índice gradual Monomodo evita vários caminhos de propagação da luz dentro do núcleo Vantagens: baixas perdas de transmissão e grande banda passante; pequeno tamanho e peso; imunidade a interferências; isolação elétrica; segurança do sinal; matéria-prima abundante. Desvantagens: fragilidade das fibras sem encapsulamento; dificuldade de conexão; configuração básica ponto a ponto. Nomenclatura 10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL 10 Mbps sinalização em banda BASE 10BASE5 500 m Nomenclatura Nome Cabo Max. seg Nodos/seg Vantagens 10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BASE-F Coaxial grosso Coaxial fino Par trançado Fibra ótica 500 m 200 m 100 m 2000 m Bom para backbones Sistema mais barato Fácil manutenção Melhor entre prédios 10BASE5 Nomenclatura conexões através de vampire taps 10BASE2 10BASE2 conectores BNC formando junções T 10BASE-T utilização de hub conectores RJ-45 10BASE-T 8

9 Espectro Eletromagnético Espectro Eletromagnético Frequências 30MHz to 1GHz Omnidirectional Rádio em Broadcast 2GHz to 40GHz Microondas Altamente direcional Ponto a Ponto Satélite 3 x to 2 x Infravermelho Aplicação local Meio não guiado Transmissão e recepção via antena Direcional Visada direta Omnidirectional Sinal espalha-se em todas as direções Pode ser recebido por muitas antenas Rádio Produz ondas onidirecionais A propagação usual é para todas as direções O uso de antenas permite o direcionamento das ondas Pode usar ondas de freqüência baixa Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem muita potência com a distância Pode usar ondas de freqüência alta Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em objetos sólidos ao longo do caminho Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN) Microondas Terrestre Altas freqüências Direcional Problemas Períodos de precipitação intensa Desalinhamento das antenas 9

10 Instalação Tipos de Links Aplicações Telefonia celular Comunicações entre dois prédios Satélite O Satélite é uma estação de relay O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou repete o sinal e transmite em outra freqüência Para enviar informação sobre o planeta, giram em torno de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra. Usado para Televisão Telefonia de longa distância Redes Privadas 10

11 Satélites geoestacionários São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do planeta Terra. As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis. A uma altitude de km, o período de deslocamento com vel. de km/h é igual a 24 horas e está girando com a mesma velocidade angular que a Terra. A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2. Satélites não geoestacionários São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde: velocidade de rotação do satélite velocidade de rotação da terra As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixas Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de km/h, completando uma órbita em 100 minutos. Frequências BANDA C Espectro de freqüência segundo o IEEE GHz até 6.2 GHz. Espectro de freqüência comercial utilizado - 3.7GHz até 6.425GHz. É utilizado um sinal de freqüência 6GHz para comunicação no sentido terra -> satélite e 4GHz no sentido satélite -> terra. BANDA KU Espectro de freqüência segundo o IEEE GHz até GHz. Espectro de freqüência comercial utilizado GHz até 18GHz. É utilizado um sinal de freqüência 14GHz para comunicação no sentido terra -> satélite e 12GHz no sentido satélite -> terra Banda KU X Banda C Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, está sujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do excesso de tráfego. Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas. Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular em países tropicais. Vantagens do uso de satélites Grande largura de banda disponível Cobertura de grandes áreas Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de acesso Facilidade de utilização em comunicações móveis Superação de obstáculos naturais Desvantagens do uso de satélites Alto investimento inicial Pequena vida útil Aspectos institucionais, legais e regulamentais Dificuldades e alto custo de manuntenção 11

12 Infravermelho Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo Apresentam curto alcance São razoavelmente unidirecionais, com pouca abertura Problemas Espectro compartilhado com a luz do Sol Interferência de luz fluorescente Não atravessa objetos opacos Vantagens Segurança Não interferência entre redes em salas diferentes Multiplexação É a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico. A capacidade de transmissão do meio físico é dividida em fatias (canais), com a finalidade de transportar informações de equipamentos distintos. Multiplexação Existem duas técnicas de multiplexação: Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM - Frequency Division Multiplexing) Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM - Time Division Multiplexing) Multiplexação - FDM Neste tipo de modulação a banda passante é dividida em vários canais de comunicação, em faixas de freqüência distintas. Multiplexação - FDM Cada um desses canais pode ser usado individualmente como se fosse uma linha separada. Na telefonia as faixas de freqüência reservadas para a transmissão de voz são de 4 KHz. Neste tipo de técnica os terminais não precisam estar geograficamente próximos. Todos sinais são enviados ao mesmo tempo, porém cada um ocupando uma diferente porção da largura de banda. Uma desvantagem da FDM é a dificuldade de expansão. Multiplexação - FDM Transmissão de três canais de voz sobre o mesmo meio simultaneamente. 12

13 Multiplexação - FDM Transmissão ADSL Menos de 25kHz para voz Plain old telephone service (POTS) Uso de FDM para alocar duas bandas Multiplexação - TDM Este tipo de multiplexação se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Ela intercala os bits, que fluem das linhas de baixa velocidade, dentro da linha de maior velocidade. A TDM pode ser classificada em síncrona e assíncrona. Multiplexação - TDM Multiplexação - TDM Síncrona O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames (quadros). Cada frame é subdividido em N subintervalos {t 1,...,t n } denominados slots ou segmentos que formam uma partição dos frames que, por sua vez, formam uma partição do tempo infinito. Os segmentos de tempo dentro de um frame não precisam ser do mesmo tamanho. Multiplexação - TDM Síncrona Canal Fixo é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame, identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames. Cada canal deve ser alocado para as diferentes fontes de transmissão. Canais Chaveados são alocados e deslocados dinamicamente durante o funcionamento das fontes transmissoras. Multiplexação - TDM Assíncrona Também chamada de multiplexação estatística. Não há alocação de canal. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações, isto é, com a largura individual de cada canal. A banda a ser destinada a cada uma dos canais é alocada dinamicamente com base na utilização estatística. Cada canal dispõe de banda somente quando estiver enviando dados. 13

14 Multiplexação - TDM Assíncrona Permite-se dessa forma a maximização do uso da largura de banda disponível na linha compartilhada. Nenhuma capacidade de transmissão é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere tráfego e deseja utilizar o canal de transmissão. Multiplexação - TDM Assíncrona Cable Modem Dois canais dedicados para transferência de dados. Um em cada direção. Cada canal é compartilhado por vários assinantes. Uso de TDM Assíncrono ou estatístico. Distorção e Ruído Todo sinal elétrico ao propagar-se em um meio de transmissão sofre degradação Distorções são alterações determinísticas e sistemáticas da forma de onda do sinal, causadas pelas características de transmissão imperfeitas do canal Ruídos são perturbações de natureza aleatória, causadas por agentes externos ao sistema de comunicação Distorção Mudança indesejada na forma da onda Ocorre sempre que é transmitido o sinal sobre um certo canal. Conhecendo o canal, pode-se predizer o que irá acontecer sobre qualquer sinal que seja transmitido por ele. É passível de compensação pela adição de componentes elétricos passivos e/ou ativos ao canal, que eliminem ou minimizem seus efeitos. Distorção por atenuação As distorções, por serem sistemáticas e determinísticas, podem ser compensadas no transmissor e no receptor, através de circuitos de equalização Se todas as componentes de um sinal tivessem suas amplitudes simplesmente atenuadas de forma constante, o sinal perderia potência mas manteria a mesma forma de onda, sem distorção A distorção ocorre porque a atenuação afeta de maneira diferente as amplitudes relativas de diferentes componentes do sinal. Ruído É constituído por sinais eletrônicos aleatórios Por serem aleatórios, não podem ser completamente compensados. Adição adulterada ao sinal de informação que tende a alterar seu conteúdo. É um sinal indesejável. É muito difícil de compensar, pois não pode ser prognosticado, a não ser em termos de probabilidade. 14

15 Ruído Existem dois tipos de ruído que afetam as comunicações telefônicas: ruído branco ruído impulsivo Ruído branco É denominado também ruído térmico. Provocado pela agitação dos elétrons nos condutores. Sua quantidade é função da temperatura. É uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro. Na prática, é o chiado de fundo que pode ser ouvido em qualquer sistema de comunicação. Ruído branco Ruído branco É mais danoso à comunicação de voz do que à comunicação de dados. A recuperação e amplificação do sinal em pontos intermediários de um canal de comunicação não melhora a relação sinal/ruído (RSR) ruído branco também é amplificado e se adiciona ao nível de ruído presente no novo trecho de linha Assim, a RSR se deteriora com o aumento do número de trechos de um canal Ruído impulsivo É não contínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de difícil prevenção a duração destes pulsos pode variar de alguns milisegundos até centenas de milisegundos É provocado por Ruído impulsivo distúrbios elétricos externos ou falhas nos equipamentos indução no circuito telefônico (raios) É o causador da maior parte dos erros em comunicação de dados Sua medida se realiza pela contagem do número de vezes que, num determinado período de tempo, os picos ultrapassem um nível pré-fixado 15

16 Distorção e Ruído 16