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Parte I – CamadasParte I – Camadas de Transmissãode Transmissão prof. Miguel Grimm2

●Camada física ●Camada enlace de dados

●Camada rede

ConteúdoConteúdo prof. Miguel Grimm3

●Camada física do modelo OSI ●Meios de transmissão guiados

●Comunicação síncrona e assíncrona

I. Camada Física prof. Miguel Grimm4

1. Camada física do modelo OSI1. Camada física do modelo OSI

●Objetiva transmitir unidades de dados (fluxo bruto de bits) entre dois ou mais equipamentos através de uma interface física (eletromecânica, optoeletrônica, etc.)

●As características especificadas desta camada são:

–Mecânicas – propriedades físicas da interface, por exemplo, tipo de conector, etc.;

–Elétricas – representação dos bits, por ex., voltagem, taxa de transmissão, etc.;

–Funcionais – funções implementadas pela interface;

–Procedurais – seqüência de eventos trocados durante a transmissão de uma cadeia de bits através do meio físico.

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Principais funções desempenhadas pela camada Física

●Transferência de dados – a unidade de dados de serviço do nível físico (SDU) é definida como sendo um bit. A comunicação pode ser síncrona ou assíncrona, nos modos half-duplex ou full-duplex;

●Seqüenciação – a ordem dos bits é mantida durante a transmissão;

●Conexão – estabelecimento e liberação de conexão entre uma ou mais entidades do nível físico. As conexões são do tipo ponto-a-ponto ou multiponto;

●Notificação de falhas para função de gerenciamento.

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Exemplos de protocolos padrões da camada Física

●Bluetooth – interliga pequenos dispositivos de uso pessoal (PDAs, celulares, computadores portáteis, etc.) e de periféricos (impressoras, scanners, etc.);

●USB – interligação "plug and play" de um computador a um dispositivo periférico de forma transparente;

●RS-232 – interliga um computador a um modem, a um dispositivo periférico ou a um outro computador;

●Ethernet – interliga computadores numa rede em barra;

●Gibabit ethernet – interliga computadores numa rede ethernet de alta velocidade;

●Token ring – interliga computadores numa rede em anel.

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2. Meios de transmissão guiados2. Meios de transmissão guiados

●Existem vários tipos de meios físicos usados para a transmissão.

●O meio é escolhido de acordo com a largura de banda, custo, facilidades de manutenção e instalação.

●Principais tipos de meios de transmissão guiados:

–Cabo coaxial; –Par trançado;

–Fibra ótica.

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2.1. Cabo coaxial

●Consiste de um fio de cobre esticado, envolvido por um material isolante, protegido por um condutor cilíndrico em forma de malha sólida entrelaçada e é coberto por uma camada plástica protetora.

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Dois tipos de cabos coaxiais

●Banda básica (50 Ω):

–Utilizada para transmissões digitais, opera em freqüências de 10 Mbps e distâncias de até 200 m.

–Quanto maior a freqüência, menor é a distância percorrida, podendo ser usado repetidores para maiores distâncias;

●Banda larga (75 Ω):

–Usada em transmissões analógicas de TV’s a cabo, opera em freqüências de até 450 MHz, distâncias de 100 Km e usa amplificadores para amplificar o sinal.

–Em transmissões digitais, os bits são transmitidos para a forma analógica antes de serem transmitidos com o uso de técnicas de modulação.

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Uma nomenclatura de cabo

●Para a nomenclatura “10Base2”:

–O número “10” significa a velocidade de operação de 10Mbps;

–O nome “Base” significa a operação em banda base;

–O número “2” significa 200 metros por segmento, sendo na realidade 185m.

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Uma análise comparativa de dois cabos de mercado

Especificação 10Base2 10Base5

Velocidade10M bps10M bps Distâncias185m (máx) e 0,5m (mín)500m (máx) e 2,5m (mín)

Nós por segmento30100

Vantagens

Desvantagens

- Baixo custo; - Boa imunidade a ruído;

- Cabo fino (cheapnet).

- Confiabilidade; - Imunidade a ruído;

- Resistente. - Cabo fica segmentado;

- Baixa confiabilidade de desligamento dos conectores; - Sujeito aos efeitos de descargas atmosféricas.

- Alto custo; - Dificuldade de instalação;

- Cabo grosso;

- Sujeito aos efeitos de descargas atmosféricas.

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2.2. Par trançado

●Consiste de dois fios de cobre encapados e trançados entre si de forma helicoidal.

●Os fios são trançados para reduzir a interferência elétrica nos fios, uma vez que fios em paralelo funcionam como antena receptora de ruído.

●Atualmente, é o cabo mais usado para a interligação em redes locais devido o seu baixo custo e fácil instalação, sendo designado por 10BaseT.

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2.3. Fibra ótica

●Uma fibra ótica é formada por:

–Núcleo de vidro (fibra), onde se propaga a luz;

–Revestimento de vidro (casca) que retêm a luz no núcleo por ter menor índice de refração;

–Cobertura de uma camada de plástico protetora.

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Princípio de funcionamento da fibra ótica

●A luz emitida por uma fonte propaga-se dentro da fibra através de refração interna até o fim da fibra, onde é amplificada, detectada e gerado sinal elétrico.

●Um pulso de luz indica o nível “1” e ausência de luz o nível “0”.

Refração interna

Fonte de luzDetector prof. Miguel Grimm15

Sistema óptico

●Conforme mostrado na figura anterior, este possui três componentes:

–Fonte de luz: é usado um laser ou um Light Emitting Diode (LED) para emitir luz;

–Meio de transmissão: é uma fibra ultrafina de vidro ou de sílica fundida para propagação do feixe de luz;

–Detetor: fotodiodo que gera pulso elétrico quando iluminado por feixe de luz.

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Vantagens da fibra ótica

●Possibilita o seu uso numa grande variedade de aplicações.

●As suas principais características são:

–Pequenas dimensões e baixo peso; –Imunidade a interferências eletromagnéticas;

–Elevada capacidade de transmissão e reduzida atenuação;

– Segurança.

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Tipos de fibras multímodos índices gradual e degrau e monomodo índice degrau prof. Miguel Grimm18

●Fibra multímodo degrau: um pulso de luz provoca diferentes raios que se propagam por diferentes caminhos ao longo do núcleo (100 µm) e têm diferentes tempos de chegadas.

●Fibra multímodo de índice gradual: o índice de refração do núcleo (50 µm) para a casaca diminui de forma gradual e contínua, tendo para um pulso de luz vários raios por caminhos similares e, portanto, o mesmo tempo de chegada.

●Fibra monomodo: a idéia é produzir um núcleo de diâmetro muito pequeno (9 µm), que apenas um modo será transmitido.

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●Dos três tipos apresentados, a fibra monomodo é a que apresenta a maior taxa de transmissão, devido possuir o recebimento de um pulso com largura mínima no receptor e por apresentar uma perda menor.

●Pelo motivo exposto, a fibra monomodo possui alcance muito maior que as fibras multímodos, sendo estas últimas usadas para distâncias pequenas (até 1 Km).

●Um elemento importante para o alcance de grandes distâncias é a potência da fonte de luz usada.

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2.4. Comparação dos meios de transmissão

Parâmetro

Velocidade10M bps10M a 1G bps

Boa Imune

Instalação Fácil Fácil Especialista

Manutenção Baixa Baixa Baixa Confiabilidade Boa Boa Alta

Custo Baixo

Cabo Coaxial

Cheapnet

Cabo Par Trançado

Fibra Multímodo

Comprimento (máx.)

Imunidade a ruído

Menor que coaxial

Menor que o coaxial

Interface ótica cara prof. Miguel Grimm21

3. Comunicações síncrona e 3. Comunicações síncrona e assíncronaassíncrona

●As comunicações síncronas e assíncronas são dois tipos de comunicações de dados largamente utilizados em redes de computadores.

●Interfaces simplificadas sincrona e assíncrona:

●A interface síncrona difere da assíncrona pela linha de

Clock, a qual cadencia (sincroniza) a transferência de dados do transmissor para receptor.

SistemaA Sistema

Dado Clock

Terra SistemaA

Sistema

Dado Terra

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3.1. Comunicação síncrona

Dado

Bits de dadosBits de sincronismo

Sentido de transmissão

●É usada para transferência de dados em alta velocidade.

●Segue a forma de comunicação:

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1. O transmissor envia os bits de sincronismo (01111110) para o receptor;

2. O receptor verifica os bits recebidos para detectar os bits de sincronismo;

3. O transmissor envia os bits de dados e receptor lê os bits de dados enviados;

4. Se grandes blocos de dados são enviados, bits de sincronismo são transmitidos temporariamente para assegurar o sincronismo durante a transmissão.

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3.2. Comunicação assíncrona

1. O transmissor envia o “bit de partida” no fim de um “bit de parada” ou bits de repouso;

2. Os bits de dados (byte) são enviados depois do “bits de partida”;

3. O “bit de parada” é enviado encerrando o envio do byte de dado. O bit de parada pode ter largura de 1, 1,5 e 2 bits na comunicação serial.

Bit de paradaRepouso Byte de dados

Bit de partida prof. Miguel Grimm25

I. Camada Enlace de DadosI. Camada Enlace de Dados

● Camada enlace do modelo OSI

● Delimitação de quadros ● Técnicas de detecção de erros

● Protocolos de controle de erro simples

● Noções de implementação

● Protocolos de controle de erro de janela com retransmissão

● O problema do estouro do buffer

● Protocolos de controle de fluxo

● Protocolo de acesso ao meio físico prof. Miguel Grimm26

1. Camada enlace do modelo OSI1. Camada enlace do modelo OSI

●Objetiva detectar e corrigir erros originados na camada física e visa fornecer um canal confiável de comunicação

●Os principais serviços da camada Enlace:

–Sem conexão e sem reconhecimento – utilizado quando a taxa de erros do nível físico é baixa, ficando a correção dos erros a cargo dos níveis superiores;

–Sem conexão e com reconhecimento – utilizado quando pequeno volume de dados deve ser transferido de forma confiável, sem perder tempo com conexão;

–Orientado à conexão – garantem que quadros transmitidos são entregues ao receptor sem erros, sem duplicação e na mesma ordem que foram enviados prof. Miguel Grimm27

Principais funções da camada enlace

●Montagem e delimitação de PDU's (quadros ou frames) a partir SDU's recebidas da camada Rede e de reconhecer PDU's recebidas da camada Física;

●Controle de erro – detecta erros de perda, duplicação, não-ordenação e danificação de quadros devido a problemas da conexão física.

–Depois de detectar os erros, são ativados mecanismos de recuperação. Se estes não forem recuperados, as entidades de rede são informadas;

●Controle de fluxo – permite à entidade de rede receptora controlar a taxa de recepção de SDU's de enlace através de uma conexão de enlace.

–Os mecanismos mais comuns são: stop-and-wait e janela deslizante; prof. Miguel Grimm28

Principais funções (cont.)

●Controle de acesso – permite que as entidades de rede tenham controle (ativar, manter e desativar) sobre a interconexão dos circuitos de dados da camada Física;

●Controle de seqüência – as SDU's de enlace são entregues a entidade de rede de destino na mesma ordem que foram recebidas da entidade de rede de origem;

●Gerenciamento da qualidade de serviços prestado. Exemplos de qualidade:

–Tempo médio entre erros irrecuperáveis,

–Perda, duplicação e não-ordenação de quadros,

–Vazão, etc; prof. Miguel Grimm29

Exemplos de protocolos padrões da camada enlace

●LAPB (Link-Access Procedure, Balanced) – usado em redes comutadas por quadros;

●HDLC (High-level Data-Link Control) – antecessor do protocolo LAPB;

●LAPD (Link-Access Procedure, D-channel) – usado em redes ISDN (Integrated Service Digital Network).

●Descrever o protocolo HDLC prof. Miguel Grimm30

2. Delimitação de quadros2. Delimitação de quadros

●Antes da transmissão de quadros (PDU’s), a camada

Enlace deve encapsulá-los para facilitar o seu reconhecimento no lado receptor.

●Existem basicamente três tipos de técnicas de delimitação de quadros:

–Contagem de caracteres;

– Caracteres delimitadores;

–Seqüência de bits.

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2.1. Contagem de caracteres

●Consiste da contagem do número de caracteres existente no quadro.

●O resultado da contagem é colocado em um campo do cabeçalho do quadro.

CabeçalhoCaracteres de dados 21 C21 C20 C2 C1

Ordem de transmissão

Número de caracteres prof. Miguel Grimm32

2.2. Caracteres delimitadores

●Utiliza caracteres especiais no início e no término dos quadros.

●Existem caracteres ASCII específicos para este fim:

●SOH (Start Of Header): indica o início do quadro;

●STX (Start Of Text): é usado para indicar o término do cabeçalho e início dos caracteres de quadros;

●ETX (End Of Text) ou ETB (End of Block): indica o termino do bloco.

CabeçalhoCaracteres de dados SOH STX ETX/B

Ordem de transmissão prof. Miguel Grimm33

Transparência de caracteres:

●Lado Transmissor:

●Sempre que o transmissor encontra um caracter delimitador nos caracteres de dados que vai transmitir, este inclui um caracter especial antes do caracter encontrado.

●Lado Receptor:

●No receptor, este retira o caracter especial sempre que este preceder um caracter delimitador.

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●Utiliza seqüências especiais de bits para delimitar o início e término dos quadros. O protocolo HDLC utiliza a seqüência

●Transparência de bits. Sempre que o transmissor encontra cinco bits em “1” consecutivos nos bits de dados que vai transmitir, este inclui um bit “0” após o quinto bit.

●No lado receptor, este retira um bit “0” sempre que encontrar 5 bits em “1” consecutivos seguidos de um bit em “0”.

2.3. Seqüência de bits

1111110 11111100”1111101”01....

CabeçalhoBits de dados e CRC bit inserido

Ordem de transmissão

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Exercícios em Grupo Duração: 20 minutos

(a) Desenhar um quadro com os dados nas words 156h, 123h e 4ABh com a contagem de caracter

(b) Se SOH=1, STX=2 e ETX=3, desenhar o quadro para os dados nos bytes 12, 5, 7, 0, 1, 6 e 8.

(c) Escrever a seqüência de bits a ser transmitida para prof. Miguel Grimm36

3. Técnicas de detecção de erros3. Técnicas de detecção de erros

●Estudaremos as principais formas de detecção de erros em quadros recebidos.

●Os erros são inseridos por ruídos no meio de transmissão.

●As técnicas de detecção de erros inserem bits extras de verificação (bits redundantes) no dado a ser transmitida, formando uma palavra de código.

Bits de dadosBits de verificação prof. Miguel Grimm37

O processo de detecção erros

Dados BVT Dados BVT

Dados Dados

BVR[1] Copia [2] Calcula BVT[6] Copia

[3] Transmite os “Dados e BVT”

[4] Calcula BVR

[5] Compara BVT com BVR

Transmissor Receptor

BVT – Bits de Verificação do Transmissor BVR – Bits de verificação do Receptor prof. Miguel Grimm38

1. O transmissor gera os bits de verificação a partir dos bits de dados com o uso de uma determinada técnica;

2. O transmissor coloca no quadro os bits de dados e os bits de verificação gerados

3.O transmissor então envia o quadro gerado;

4. Após receber o quadro, o receptor gera novamente os bits de verificação a partir dos bits de dados do quadro com o uso da mesma técnica usada pelo transmissor;

5. O receptor compara os bits de verificação do quadro com os seus bits de verificação. Se estes forem diferentes, detectou-se a existência de erro no quadro.

6. Se não ocorrer erro, o receptor gera o quadro de dados retirando os bits de verificação.

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3.1. Detecção de erro com código de paridade

●É a forma mais simples de detecção de erros, sendo usada na transmissão assíncrona.

●Algoritmo. Consiste na inserção de um bit de paridade ao final de cada caracter de um quadro. O valor deste bit deve ser tal que todos os caracteres devem ter um número “par” de bits em “1” (paridade par).

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