Fundamentos de Redes de Computadores. Camadas física e de enlace do modelo OSI Prof. Ricardo J. Pinheiro

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1 Fundamentos de Redes de Computadores Camadas física e de enlace do modelo OSI Prof. Ricardo J. Pinheiro

2 Resumo Camada física. Padrões. Equipamentos de rede. Camada de enlace. Serviços. Equipamentos de rede. Protocolos de acesso ao meio. Arquitetura IEEE 802. Ricardo Pinheiro 2

3 Camada física Define características para criar, manter e eliminar conexões físicas usadas para transmitir bits entre as entidades do nível de enlace. Mecânicas: Tamanho e forma de conectores, cabos, etc. Elétricas: Valores dos sinais elétricos usados para representar bits, intervalos de sinalização, etc. Determinam as taxas de transmissão e distâncias que podem ser atingidas. Funcionais: Significado dos sinais transmitidos nas interfaces do meio físico. Procedurais: Combinações e sequências de sinais que devem ocorrer para termos a transmissão. Ricardo Pinheiro 3

4 Camada física Serviço de nível físico Deve ocupar-se de fornecer quatro serviços: Estabelecimento e encerramento de conexões. Transferência de dados. Sequenciação. Notificação de falhas. Vários padrões RS-232: porta serial, muito antigo. RS-422: Semelhante à RS-232, usada em automação comercial. RS-449: Composição de três padrões. EIA/TIA-568: Padrão para cabeamento de edifícios comerciais. Ricardo Pinheiro 4

5 Camada física Equipamentos que operam nessa camada: Repetidores Usado somente com topologia em barra. Recebe o sinal, amplifica-o e envia-o para o próximo nó. Não analisa os quadros que estão sendo reenviados. Concentradores (hubs) Recebem o sinal por uma porta, replicam-no para todas as outras portas. Funciona como repetidor. Não filtram tráfego por pacote, logo tem o risco de alto índice de colisão. Ricardo Pinheiro 5

6 Camada de enlace Lidar com o transporte da informação entre dois equipamentos de rede. Detectar e corrigir erros que venham a ocorrer no nível físico. Principais funções: Delimitação de quadros Controle de erros no enlace Controle de fluxo no enlace Serviços Controle de acesso Multiplexação Ricardo Pinheiro 6

7 Camada de enlace Delimitação de quadros Separação da cadeia de bits em quadros, de tamanho igual. Quatro métodos possíveis: Conta-se quantos bits tem no quadro e colocase no cabeçalho da mensagem. Uso de bits como marcadores de início e fim do quadro. Uso de flags. Violação de códigos do nível físico. Ricardo Pinheiro 7

8 Camada de enlace Controle de erros no enlace Detecta e opcionalmente corrige erros. Usa-se um conjunto de bits no quadro para fazer a detecção de erros, o FCS (Frame Check Sequence). Alguns dos métodos usados são: Algoritmo de bit alternado (stop-and-wait), onde um quadro é enviado se o anterior chegou corretamente. Janela n com retransmissão integral (go-back-n), onde a checagem é feita depois de n quadros terem sido enviados. Se houve problema, reenviase os n quadros. Janela n com retransmissão seletiva (selective repeat), que é semelhante ao anterior, só que apenas os quadros com erros são reenviados. Ricardo Pinheiro 8

9 Camada de enlace Controle de fluxo do enlace O transmissor envia mais quadros do que o receptor pode receber controle de fluxo. Nos métodos de controle de erros, já há um controle de fluxo embutido: No algoritmo do bit alternado, isso é natural. Nas janelas com retransmissão, usa-se quadros especiais e janelas de transmissão e recepção. Tipos de serviços Sem conexão e sem reconhecimento (nãoconfiável). Sem conexão e com reconhecimento (baixa confiabilidade). Orientado à conexão (é preciso ser confiável). Ricardo Pinheiro 9

10 Camada de enlace Controle de acesso Disciplinar o acesso ao meio físico de transmissão, comum a todos os nós. Pode ser centralizado ou distribuído. Na arquitetura IEEE 802, isso é papel da subcamada MAC. Multiplexação Relacionada ao controle de acesso. Quem tem a permissão de acesso pode usar o meio como bem entender. Ricardo Pinheiro 10

11 Camada de enlace Equipamentos que operam nessa camada: Switches Hub inteligente. Estabelecimento de circuito virtual, entre o transmissor e o receptor. Mais de uma comunicação simultânea, entre transmissores e receptores distintos. Bridges (pontes) Repetidor inteligente. Interligam redes de topologias diferentes. Não replica o sinal para todos os segmentos. Placas de rede Estebelecem a comunicação entre os nós e o meio físico de transmissão. Ricardo Pinheiro 11

12 Protocolos de acesso ao meio Atributos específicos para avaliar tais protocolos: Capacidade de transmissão. Justiça no acesso. Prioridade no acesso. Estabilidade em sobrecarga. Baixo retardo de transferência. Dois tipos de métodos: Baseados em contenção Acesso ordenado sem contenção Ricardo Pinheiro 12

13 Acesso Baseado em Contenção Aloha 2 canais distintos de transmissão. Uso de CRC na detecção de erros. Variação: Slotted-Aloha CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Quem quiser transmitir, primeiro precisa ouvir o meio para saber se existe uma transmissão em progresso. Diminui grandemente a colisão de mensagens. Várias variantes: np-csma, p-csma, CSMA/CD. Ricardo Pinheiro 13

14 Acesso Baseado em Contenção np-csma e p-csma CSMA/CD A distinção entre ambos é o que um nó faz quando encontra o meio de transmissão ocupado: np-csma: Espera por um tempo aleatório para tentar novamente acessar. P-CSMA: Continua escutando o meio até que ele fique livre. CSMA com detecção de colisão, durante a transmissão. Os outros métodos só detectam a colisão depois da transmissão ter sido finalizada. Padrão Ethernet (IEEE 802.3). Ricardo Pinheiro 14

15 Acesso Baseado em Contenção CSMA/CA M-CSMA ReC-Ring Não detecta, mas evita a colisão. Algoritmo probabilístico. Múltiplos canais de transmissão em paralelo. Uso em topologia em anel. A transmissão dá-se em uma direção, apenas, e dá uma volta completa no anel. Ricardo Pinheiro 15

16 Acesso Ordenado Sem Contenção Polling Usado na topologia em barra Centralizado: Os nós só transmitem quando a estação central autoriza. Slot Funciona bem com grande tráfego de rede. Usado na topologia em anel. O meio é dividido logicamente em um número finito de slots, onde a mensagem é guardada. Os slots podem estar vazios ou cheios. Quem quer transmitir, deve esperar passar um slot vazio para colocar a sua mensagem. Exemplos: Fastnet e ATM Ring. Ricardo Pinheiro 16

17 Acesso Ordenado Sem Contenção Inserção de Retardo Passagem de Permissão Uso de uma ficha que é passada de um nó para o outro. Adapta-se bem em topologias em barra e em anel. Exemplos: Token Bus e Token Ring. Protocolos com Reserva Usados inicialmente para enlaces de satélite. Retardo de transferência muito grande. Exemplos: IFFO, CRMA, DQDB. Ricardo Pinheiro 17

18 Arquitetura IEEE 802 Família de padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e MANs. Padrão criado pela IEEE (802), endossado pela ISO (8802). Camada física (PHY) Divisão da camada de enlace em 2 subcamadas: MAC Controle de acesso ao meio. LLC Controle de link lógico. Ricardo Pinheiro 18

19 Arquitetura IEEE PHY Camada física (PHY) Estabelecimento, manutencão e liberação de conexões físicas. Transmissão de bits através de um meio físico, com ou sem cabeamento. Método de codificação. Taxa de transmissão., Ricardo Pinheiro 19

20 Arquitetura IEEE MAC Organização do acesso ao meio físico compartilhado: Topologia adotada Algumas técnicas: CSMA-CD (802.3) Token Bus (802.4) Token Ring (802.5) DQDB (802.6) Ricardo Pinheiro 20

21 Arquitetura IEEE LLC Independência da camada MAC. Multiplexação. Controle de erros e de fluxo. Tipos de operação. Classes de Procedimento. Ricardo Pinheiro 21

22 Arquitetura IEEE modelo A subcamada LLC é independente das outras camadas. Os padrões são definidos na camada física e na subcamada MAC. Ricardo Pinheiro 22

23 Arquitetura IEEE padrões 802 Visão geral da arquitetura Gerenciamento de LANs e MANs (B e K), Pontes para a camada MAC (local D e remota G). LANs virtuais sobre pontes, etc; Controle lógico do enlace (LLC) CSMA/CD (Ethernet) Token Bus Token Ring DQDB Segurança em redes LAN e MAN Redes sem-fio Bluetooth WiMAX Telefonia 3G Ricardo Pinheiro 23

24 Arquitetura IEEE 802 e modelo OSI Ricardo Pinheiro 24

25 IEEE Ethernet Codificação Manchester. Quadro com preâmbulo, remetente, destinatário, comprimento e o FCS, fora os dados. Endereço MAC (físico): 6 octetos, único. Algumas especificações da camada física: 10Base5 10Base2 topologia em barra, cabo coaxial. 10Base-T topologia em estrela, cabo par trançado, 10 Mbps. 10Base-F fibra ótica. Extensões aos padrões: 100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX, 1000Base- T (100 e 1000 Mbps) Ricardo Pinheiro 25

26 Outros padrões ANSI X3.T9.5 (FDDI) FDDI II Padrão para redes de fibra ótica. Extensão do padrão FDDI. Token Bus (IEEE 802.4) Token Ring (IEEE 802.5) DQDB (IEEE 802.6) Usado em satélites. Ethernet Isócrona (IEEE 802.9) Redes wireless (IEEE ) Rede 100VG AnyLAN (IEEE ) Ricardo Pinheiro 26