3 Camada de ligação de dados

Transcrição

1 3 Camada de ligação de dados Interfaces e transmissão de dados 3 Camada de ligação de dados 1/28

2 3.1 Sincronismo detecção e cor recção de err os Interfaces e transmissão de dados 3.1 Sincronismo, Detecção e Correcção de Erros 2/28

3 3.1.1 Transmissão assíncrona e síncr ona de dados Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona e síncrona de dados 3/28

4 Tabela ASCII Interfaces e transmissão de dados Introdução Alfabeto ASCII para transmissão de dados Tabela Standard Codifica 7 bit = 2 7 = 128 caracteres Tabela Extended Codifica 8 bit = 2 8 = 256 caracteres Outras Codificações: EBCDIC IBM 8 bit IA5 ITU-T 7 bit Etc. Mais informações: 4/28

5 Introdução Interfaces e transmissão de dados Introdução Transmissão assíncrona de dados (caracter a caracter) Os relógios do emissores e receptor não estão sincronizados (independentes) Cada caracter (7 ou 8 bits) é tratado independentemente das transições do sinal digital (relógio) O Receptor sincroniza-se no início de cada caracter recebido Dois níveis de sincronismo: de bit/caracter (Nível 1) e de trama (Nível 2) Mensagens (tramas) são delimitadas por caracteres de controlo do alfabeto ASCII ou EBCDIC Utilizada quando os fluxos de dados a transmitir são gerados em intervalos aleatórios Ex: Comunicação entre Terminal e Computador central. Comunicação entre PC s utilizando a porta RS232C Este modo é orientado ao caracter. (Além de transmitirem caracter a caracter, utilizam carcacteres de texto do afabeto ASCII para controlo / delimitação de tramas) 5/28

6 Interfaces e transmissão de dados Introdução Transmissão síncrona de dados Os relógios do emissores e receptor estão sincronizados (O relógio do receptor depende do relógio do emissor) Cada bloco de bits (trama) é tratado como uma emissão contígua de dados O Receptor mantêm-se sincronizado com o feixe de bits recebido durante todo o bloco (trama). O Sincronismo pode ser efectuado de duas formas: 1 Recorrendo a dois pares de fios adicionais para envio do sinal de relógio (Exemplo das séries V e RS -> V.35, RS Através dos sinais RxClk e TxClk e ExtClk) 2 Recorrendo à utilização de códigos auto-sincronizáveis (Exemplo: Manchester nas redes locais, HDB3 para Longa distância...) Este modo pode ser: orientado ao bit e orientado ao caracter. Ex: Orientadas ao caracter: (em desuso) Redes antigas de computadores e terminais Orientadas ao bit: - Redes locais e redes públicas de dados 6/28

7 Transmissão assíncrona de dados Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados (start /stop) 7/28

8 Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Sincronismo efectuado caracter a caracter (grupos de 7 ou 8 bits de informação) e bit a bit Utilizada entre o Terminal e o computador central ou entre o terminal e o equipamento de acesso à rede. e o equipamento de acesso à rede. A linha está no estado IDLE durante relativamente grandes períodos de tempo Não utilizada entre nós de rede ou entre Computadores centrais - Start bit: - 1ª transição 1->0 (Mark -> Space) após Período Idle - Duração de 1 tempo de bit - Stop bit: - Linha a 1 (Mark) - Duração de 1,1.5 ou 2 tempos de bit - Cada caracter ASCII encapsulado entre Start e Stop bit - Constituídos por 7 ou 8 bits (ex: ASCII) - Amostragem (relógio) centro de cada bit 8/28

9 Interfaces e transmissão de dados Variação no relógio receptor Transmissão assíncrona de dados Efeitos da variação do relógio no receptor relativamente ao emissor Devido aos relógios não sincronizados (free running) Relógio do receptor pode-se atrasar ou adiantar relativamente ao emissor Esta variação conduz a erros na transmissão dos dados Basta um único erro de bit para todo o bloco de 7 ou 8 bits se corromper Relógio do receptor mais rápido (adiantado) relativamente ao emissor Relógio do emissor Relógio do receptor 9/28

10 Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Efeitos da variação do relógio no receptor relativamente ao emissor Desvio máximo do relógio no receptor (Depende de n ) TxC RxC Idle 0,5 T s 1,5 T s2,5 T s,5 T s Start bit 0,5 T r,5t r 3 4,5 T s5,5 T s 6,5 T s 7,5 T s8,5 T s 9,5 T s O desvio máximo permitido do relógio no receptor relativamente ao do emissor deve ser ± tempo bit no final do 2 último bit - Cálculo do intervalo de variação máximo do relógio no receptor relativamente ao do emissor: Tr 9 Ts < 9,5Tr < 10Ts < < ou nt s < ( n + 0,5) T r < ( n + 1) T s Ts - Neste caso, o desvio máximo permitido no período de RxC = ±5,3 % Generalizando: Stop bit 1 2,5 T 3,5 T r r 4,5 T r 5,5 T r6,5t r 7,5T r8,5 T r9,5 T r n Tr n + 1 < < n + 0,5 T n + 0,5 s (4.1) Ou desvio máximo (segundos) tem que ser menor que metade de Ts ao fim de n bits: Ts 1 n < ± < ± (4.2) 2 2. r. n b Ts Tr n 9 T s 10 Idle T s Período de TxC = Duração de bit Período de RxC = Duração de bit Desvio (segundos) entre relógio Rx e Tx Nº de bits constituintes do bloco de dados e paridade (excepto start e stop bit = Início e fim do sincronismo) 10/28

11 OverHead de sincronismo Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados OverHead provocado pelos caracteres de sincronização A percentagem de OverHead relativa ao sincronismo é expressa por Nº Bits para sincronism o OverHead = 100 % Nº total de bits transmiti dos A percentagem de OverHead de sincronismo para o caso de 8 bits + 1 Start bit e 1 Stop bit é: Considerações sobre transmissão assíncrona de dados 2 OverHead = = 10 20% Quanto maior o nº de bits da mensagem, menor será o desvio máximo admissível do relógio Rx relativo a Tx (ver equação 4.2) O OverHead neste tipo de transmissão é elevado, limitando a eficiência. 11/28

12 Exemplos práticos Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Sincronismo de bit na prática Na prática, para facilitar os circuitos de sincronização, o relógio do receptor é multiplicado por 8 ou 16 amostras por bit (Frequência 8 ou 16 vezes o ritmo binário de transmissão) 12/28

13 Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Sincronismo de bit na prática A decisão no receptor é tomada após atingir a maioria dos ciclos de relógio por cada tempo de bit O valor a decidir para cada bit é a média dos valores de cada amostra 13/28

14 Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Sincronização de trama para de blocos de dados contendo caracteres de texto Encapsulamento dos blocos com dois caracteres especiais STX/ETX Além da sincronização de bit/caracter (Start /Stop),sincronização de trama (STX/ETX) Os caracteres STX/ETX são caracteres de controlo (não visíveis) do alfabeto ASCII STX- Start of Text Sinaliza o início de uma trama de informação (ou dados) ETX- End of Text Sinaliza o final de uma trama de informação (ou dados) Trama de dados 14/28

15 Interfaces e transmissão de dados Transmissão assíncrona de dados Transparência dos dados Transparência dos dados na transmissão orientada ao caracter No caso de transmissão binária, um conjunto de 8 bit pode coincidir com os caracteres STX e ETX Conduz a que o receptor termine a recepção incorrectamente Solução: Introduzir um novo caracter de controlo: DLE (data link escape) na transmissão binária de dados: Preceder STX e ETX pelo caracter DLE Trama de dados Caracter stuffing ou byte stuffing Emissor: Após a transmissão da sequência DLE- STX, inspecciona cada byte na trama antes de emitir para verificar se este é igual ao caracter DLE. Caso o seja, é introduzido um segundo DLE antes do próximo byte. Caracter ou byte stuffing Receptor: Após recepção da sequência DLE-STX (início de trama), caso encontre um DLE, vai verificar o próximo byte. Se fôr DLE, descarta-o e continua. Se fôr ETX significa o final da trama. 15/28

16 Transmissão Interfaces e transmissão de dados síncrona de dados Transmissão síncrona de dados 16/28

17 Sincronização de bit Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Sincronização de bit (Nível 1) Relógio fornecido por condutores separados do sinal Ex: Séries V do ITU-T (V.35, V.36, etc..) curtas distâncias ou ligação a modems para WAN s Relógio embebido no sinal (clock encoding codes) Sinal tem todas as transições de relógio Adequado a redes locais (LAN) Ex: Códigos Manchester bipolar e diferencial Relógio mantido em sincronismo com o sinal Sinal tem algumas das transições de relógio Adequado a redes alargadas (WAN) Ex: AMI, B8ZS, HDB3, 2B1Q, 4B3T Códigos auto sincronizáveis 17/28

18 Series V Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Sincronização de bit Relógio fornecido por condutores separados do sinal Exemplos de configurações para interfaces séries V ou RS DTE 114 / 115 DCE Nº Circuito ITU-T Sinal Pino Sentido Pino Sinal Nº Circuito ITU-T 103 Tx 2 2 Tx Rx 3 3 Rx Txclk Txclk Rxclk Rxclk 115 Gerador de sinal de relógio Apenas DCE gera relógio Ambos os equipamentos geram relógio DCE Denominação ITU-T 113 -> Sinal relógio relativo a TX sentido DTE->DCE 114 -> Sinal relógio relativo a TX sentido DCE->DTE 115 -> Sinal relógio relativo a RX sentido DCE->DTE 114 / 115 Cruzada DCE Nº Circuito ITU-T Sinal Pino Sentido Pino Sinal Nº Circuito ITU-T 103 Tx 2 3 Rx Rx 3 2 Tx Txclk Rxclk Rxclk Txclk 114 Gerador de sinal de relógio Gerador de sinal de relógio 18/28

19 LANS Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Sincronização de bit Relógio embebido no sinal LAN s (Manchester, etc...) Emissor com codificação de relógio Receptor com extracção de relógio (oscilador local sincronizado com o emissor) DPLL -> Utiliza as transições 1->0 e 0->1 para manter o oscilador local sincronizado ao longo de um período de tempo relativamente longo 19/28

20 Sincronização de trama Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Sincronização de trama (Nível 2) Transmissão síncrona orientada ao caracter -Utilizam caracteres especiais de controlo para obtenção de sincronismo de bit e trama (SYN) -Usada no início em transferência ficheiros ASCII -Utilizam padrões de bits para delimitar a trama (FLAGs) (Sinc. de trama) Transmissão síncrona orientada ao bit -Utilizam padrões de bits antes da trama (preâmbulo) para sincronizar o receptor (Sinc. de bit) -Usada em transferência binária de dados 20/28

21 Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Transmissão síncrona orientada ao carácter Transmissão síncrona orientada ao caracter Devido à ausência de caracteres START/STOP são adicionados caracteres de sincronismo (SYN) antes de cada bloco de dados Trama delimitada pela sequência de caracteres DLE-STX e DLE-ETX para transmissão binária de dados Formato da trama Caracteres de sincronização Início da trama Dados Fim da trama Relativamente ineficiente devido à introdução de caracteres adicionais de sincronismo 21/28

22 Interfaces e transmissão de dados Transparência dos dados Transmissão síncrona de dados Transmissão síncrona orientada ao caracter Obtenção do sincronismo: 1º Hunt, depois sincronismo Transparência dos dados: Character stuffing como na Transmissão assíncrona Transparência dos dados (Character Stuffing) 22/28

23 Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona orientada ao bit Transmissão síncrona de dados Transmissão síncrona orientada ao bit Método universal para transmissão de dados binários e de caracteres ASCII, EBCDIC, etc. Mais eficiente que o orientado ao caracter Utilização em topologias ponto a ponto e ponto multiponto Utilização em redes locais (LAN) e alargadas (WAN) Sincronismo de trama orientado ao bit Métodos para sincronismo de trama Delimitação da trama por FLAGS: padrão = (WAN s) Delimitação da trama por SOF (start of frame): padrão = e indicação de comprimento (LAN s) Delimitação da trama por violações de código (LAN s) padrão = padrão = /28

24 Interfaces e transmissão de dados Delimitação por flag e transparência dos dados Transmissão síncrona de dados Transmissão síncrona orientada ao bit Delimitação por FLAG Transparência dos dados (Bit Stuffing) De modo a garantir que o padrão de bits da flag não surge dentro da trama recorre-se à inserção de 1 zero após um padrão de 5 1 s consecutivos (bit stuffing) antes da transmissão. Na recepção este zero é removido ( O receptor ao receber 5 1 s consecutivos seguidos de 1 zero, remove este zero. 24/28

25 Delimitação por SOF e Violação de código Interfaces e transmissão de dados Transmissão síncrona de dados Transmissão síncrona orientada ao bit Delimitação por SOF e indicador de comprimento Delimitação por violação de código (exemplo: Manchester) J: Significa que o nível do sinal mantêm-se igual ao nível anterior durante todo o período de bit (em vez de ½ período) K: Significa que o nível do sinal mantêm-se oposto ao nível anterior durante todo o período de bit (em vez de ½ período) 25/28

26 Interfaces e transmissão de dados Exercicios aplicação Exercicios de aplicação 1) Considere uma transmissão de dados em que se pretende enviar o conjunto de caracteres: 112(espaço), codificado da seguinte forma: ; ; Espaço: ; (Nota: STX ; ETX ) a) Admitindo que se recorre a transmissão assíncrona, caracter a caracter, utilizando 8 bits de dados, um start bit e dois stop bit, escreva a sequência de bits que deve ser enviada para a linha codificada em NRZ-L polar, incluindo a delimitação que achar conveniente para garantir o sincronismo de caracter. b) Calcule o o desvio máximo percentual que o relógio do receptor pode ter relativamente ao relógio do emissor de modo a que não existam erros. (Acompanhe a resposta com um diagrama que fundamente os cálculos efectuados) b) Calcule o comprimento máximo em bits de cada caracter, de modo a garantir um desvio máximo de % do relógio do receptor relativamente ao relógio do emissor. c) Calcule a fracção da capacidade do canal utilizada para sincronismo de caracter e de trama (Overhead de sincronismo), no envio da mensagem. d) Admita agora que se utiliza uma transmissão síncrona orientada ao bit. Explique a finalidade e o funcionamento do mecanismo bit stuffing. Escreva a sequência binária transmitida, assinalando as flags e os eventuais bits stuffed. 26/28

27 Interfaces e transmissão de dados Referências Stallings Data and Computer communications Cap. VI (Transmissão de dados e correcção de erros) Ahmad Data Communications Principles for fixed and mobile networks Cap. V (Camada ligação dados ) Leon Garcia Communication Networks, Cap. III (Detecção e correcção de erros) Halsall Data Communications, Computer Networks and Open Systems 4th Edition Cap. III (Transmissão de dados) Tanembaum Computer Networks 4th Edition Cap. II (data link layer) Glover & Grant Digital Communications Cap. X (Transmissão de dados) Purser Introduction to error correction codes Cap. I (Introduction) Gilbert Held Data Communications Networking devices Cap I (Error Detection and Correction) 27/28

28 Interfaces e transmissão de dados FIM 28/28