Aula 3 - Protocolos de enlace e protocolos de acesso múltiplo

Prévia do material em texto

20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 1/9
Arquitetura de Redes
(Infraestrutura de Redes)
Aula 3 - Protocolos de enlace e protocolos de acesso
múltiplo
INTRODUÇÃO
Nesta aula, estudaremos as principais soluções para duas classes de protocolos de acesso ao meio: Particionamento de Canais e Revezamento.
Vamos lá!
OBJETIVOS
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 2/9
Diferenciar enlaces ponto a ponto e enlaces compartilhados;
Reconhecer os protocolos de Particionamento de Canal;
Identi�car os protocolos de Revezamento (passagem de token).
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 3/9
ENLACES PONTO A PONTO E ENLACES COMPARTILHADOS
Canais de comunicação (ou enlaces de dados) podem ser basicamente divididos em duas classes:
Enlaces ponto a ponto
Um enlace é dito ponto a ponto quando há apenas uma interface de rede em cada ponta: um emissor e um receptor,
conforme mostrado a seguir.
Redes que implementam esse tipo de enlace não precisam se preocupar com o fato de que dois transmissores
concorrentes podem desejar transmitir ao mesmo tempo.
Enlaces de difusão
Os enlaces de difusão são um tipo de canal de comunicação muito mais comum em redes de computadores. Eles
podem ter várias interfaces de rede remetente e vários receptores, todos compartilhando o mesmo meio de
comunicação. Quando uma interface emite um sinal representando bits, todas as outras interfaces notarão que há
algo sendo transmitido.
Fonte da Imagem:
Quando o meio de comunicação é compartilhado, um problema adicional aparece: a coordenação do acesso de vários nós remetentes a um canal de
difusão compartilhado. E é chamado de problema do acesso múltiplo. Como contornar esse problema?
Para contorná-lo, a camada de enlace que opera sobre meios compartilhados deve prover algum protocolo de acesso múltiplo para coordenar o
acesso concorrente de transmissores ao meio.
pogonici / Shutterstock
Existem diversos exemplos de redes que usam enlaces compartilhados. Por exemplo, canais de rádio e canais de televisão são transmitidos através
do ar (ou cabo, em redes de TV a cabo). 
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 4/9
Então, como diversos canais compartilham o mesmo meio de transmissão? 
Para esse exemplo, tipicamente, são usados os protocolos de acesso ao meio chamados de protocolos de particionamento de canal.
Redes locais (LANs cabeadas (ethernet) ou sem �o (Wi-�)) também são baseadas em enlaces compartilhados. Entretanto, como a característica do
tráfego que passa por esse tipo de rede é fundamentalmente diferente do caso anterior (rádio/tv), são usados os protocolos de acesso ao meio
chamados protocolos de acesso aleatório. Essa classe será estudada na próxima aula.
Redes de dados que compartilham o mesmo meio de comunicação de TVs a cabo são comumente classi�cadas como meios de acesso misto. Para
esses casos, são usados protocolos do tipo revezamento ou suas variantes.
Há, também, o meio humano de comunicação. 
Já parou para pensar como é o protocolo de comunicação entre pessoas em um coquetel, por exemplo? Como ocorre a coordenação de
transmissões e receptores para que alguma ordem seja estabelecida de forma que as pessoas possam se entender? A�nal, o ar é um meio
compartilhado, nossa transmissão, o som, é difundida a todos em um razoável raio de alcance. 
Não intuitivamente, e culturalmente, somos treinados a regular a potência de nossa voz de forma a não atrapalhar outras comunicações, além de
coordenar, com o máximo de educação possível, a vez de cada pessoa falar em uma roda de colegas. Lembre-se: se todos falarem ao mesmo tempo
em um volume de voz mais ou menos equivalente, ninguém entenderá o que está sendo dito.
Dabarti CGI / Shutterstock, Christos Georghiou / Shutterstock e michaeljung / Shutterstock
O trabalho de coordenar a transmissão de interfaces de comunicação ativas é o objetivo fundamental dos protocolos de acesso ao meio usados em
enlaces compartilhados. Um protocolo de acesso múltiplo ideal deve possuir quatro características fundamentais quando atua sobre um enlace
compartilhado de taxa de transmissão R bps:
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 5/9
PROTOCOLOS DE PARTICIONAMENTO DE CANAL
Protocolos de particionamento de canal dividem o canal de comunicações em partes, fornecendo uma delas a cada transmissor presente. Essa
qualidade é interessante, pois garante a característica número 2 de um protocolo de acesso múltiplo ideal.
Entretanto, como cada transmissor tem uma partição do canal reservada a ele, haverá ociosidade caso um não deseje transmitir dados em sua
partição, pois ninguém mais terá permissão de transmitir nela. Com isso, protocolos de particionamento de canal não atendem à característica
número 1 de um protocolo ideal.
Existem diversas maneiras de se particionar um canal para vários transmissores. A primeira delas é a multiplexação por divisão de tempo (TDM –
Time Division Multiplexing). Esse método será ilustrado a seguir, para um exemplo com 4 transmissores.
O Tempo é dividido em quadros temporais. Pense em um quadro temporal como se fosse uma rodada de oportunidades. Cada quadro é dividido em
compartimentos de tempo.
Note que o usuário A, após transmitir seu quadro de dados azul em seu compartimento de tempo na primeira rodada temporal, teve que esperar até
o início da próxima rodada para transmitir outro quadro de dados, mesmo notando que os usuários B, C e D não utilizaram seus compartimentos de
tempo na primeira rodada. Isso ocorre porque os compartimentos de tempo são reservados a cada usuário, e essa é a razão pela qual a
característica número 1 de um protocolo ideal (glossário) não é atingida.
Por �m, se você imaginar que todos os 4 emissores sempre desejam transmitir quadro de dados, como cada um respeitará o protocolo TDM e
transmitirá um quadro apenas em seus compartimentos de tempo, a capacidade do canal será igualmente dividida entre os transmissores. Isso
garante a característica 2 de um protocolo ideal (glossário) de acesso ao meio.
As características 3 e 4 de um protocolo ideal de acesso múltiplo são sempre garantidas para protocolos de particionamento de canal, pois estes
são protocolos descentralizados (não dependem de uma interface de rede mestre), e são de simples implementação.
De fato, é bem conhecido o fato de que protocolos de particionamento de canal se saem bem quando são aplicados a cenários em que os transmissores estão
sempre emitindo dados, como é o caso de difusão de rádio, televisão e telefone.
Por outro lado, quando forem usados em cenários em que o transmissor emite dados apenas eventualmente, esses protocolos terão baixa e�ciência, já que os
compartimentos de tempo não usados por um transmissor permanecerão reservados a ele, mesmo sem uso, o que fará com que haja aumento da ociosidade da
rede.
Fukurou / Shutterstock
Atenção
, Lembre-se: em um protocolo de particionamento de canal, com M transmissores e um enlace de R bps, mesmo que apenas um transmissor deseje transmitir
dados, ele só conseguirá usar R/M bps.
Até agora, estudamos um protocolo de particionamento de canal, o TDM. Entretanto, há pelo menos dois outros protocolos, que veremos a seguir.
PROTOCOLO DE PARTICIONAMENTO DE CANAL FDM
O FDM (glossário) em vez de dividir o enlace em compartimentos de tempo, realiza o particionamento do enlace através da criação de canais de
frequência.
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 6/9
Desse modo, vários transmissores podem transmitir dados simultaneamente, mas usando um canal de frequência especí�co, não havendo
interferência/colisão entre os transmissores. Entretanto, como cada canal de frequênciaé reservado a cada transmissor, esse protocolo tem as
mesmas vantagens e desvantagens discutidas no protocolo TDM.
A imagem abaixo ilustra o mesmo cenário de 4 emissores A, B, C, D, onde A e D possuem dados a serem enviados.
PROTOCOLO DE PARTICIONAMENTO DE CANAL CDMA
O último método de particionamento de canal a ser abordado é o CDMA (glossário). Nesse protocolo, cada transmissor da rede recebe um código
CDMA exclusivo. Os códigos CDMA são cuidadosamente calculados, de forma a permitir que transmissões concorrentes no mesmo canal de
frequência possam ser extraídas umas das outras pelo receptor.
A imagem a seguir representa dois transmissores (na parte superior) transmitindo dois bits cada um, simultaneamente. O emissor 1 emite dois bits
de dados d0=1 e d1=0 (-1). O emissor 2 emite dois bits de dados d0 = 1 e d1 = 1. Cada emissor multiplica seu bit de dados pelo seu código CDMA
exclusivo, e o sinal emitido por cada um deles é o resultado dessa multiplicação. Neste exemplo, o código CDMA exclusivo do transmissor 1 é (1, 1,
1, -1, 1, -1, -1, -1), e o código CDMA exclusivo do transmissor 2 é (1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, 1). O sinal Z que passa pelo canal é o resultado da soma do sinal
emitido por cada transmissor. Veja:
Quando os dados chegam ao receptor, ele será capaz de extrair cada bit de dado enviado por um emissor efetuando a convolução dos dados
recebidos com o código exclusive do transmissor do qual se deseja receber dados. No exemplo, o receptor foi capaz de extrair os bits d0 = 1 e d1 =
0(-1) vindos do emissor 1.
PROTOCOLOS DE REVEZAMENTO (POLLING)
Protocolos de revezamento buscam se aproximar de duas das 4 características desejáveis de um protocolo de acesso múltiplo ideal: a característica
número 1 (glossário) e a característica número 2 (glossário).
Embora consigam unir essas duas características com algum sucesso, protocolos de revezamento comumente pecam em pelo menos uma das
outras duas características: número 3 (glossário) e/ou número 4 (glossário).
Por exemplo, nos protocolos de polling, o nó mestre cria uma lista circular dos emissores presentes na rede e envia um pacote de controle a cada
um deles, perguntando se há necessidade de transmissão. Em caso positivo, o emissor tem permissão para emitir um quadro de dados, em caso
negativo, o mestre realiza a pergunta ao próximo. No exemplo a seguir, o nó mestre está perguntando ao Emissor 1 se ele deseja transmitir um
quadro de dados.
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 7/9
Com isso, nesse cenário onde apenas um emissor deseja transmitir dados, a taxa total de transmissão dele irá se aproximar com sucesso da
capacidade R de transmissão do canal. Com isso, o protocolo de polling se aproxima da característica número 1 desejável em protocolos de acesso
múltiplo.
Por outro lado, se todos os M nós presentes na rede desejam transmitir dados, então, o nó mestre coordenará as oportunidades de maneira
igualitária, e cada nó conseguirá transmitir a uma taxa próxima de R/M bps. Uma pequena fração da capacidade da rede será consumida pelo mestre
para enviar seus pacotes de controle.
Você deve ter notado que o protocolo de polling possui as características 1 e 2 de um protocolo de acesso múltiplo ideal. Entretanto, a característica
3 (ser descentralizado) é deixada de lado já que há a necessidade de um nó mestre coordenando as oportunidades de transmissão. Obviamente, se
o nó mestre falhar, a rede estará com sérios problemas.
PROTOCOLOS DE REVEZAMENTO (PASSAGEM DE TOKEN)
Outro protocolo de acesso múltiplo por revezamento, chamado de protocolo de passagem de token (permissão) tem a vantagem de não depender de
um único nó mestre. Nesse protocolo, o token viaja entre os emissores. O emissor que o detém tem permissão de transmitir um quadro de dados e,
logo depois, deve passar o token ao próximo emissor.
A imagem a seguir ilustra como o protocolo de passagem de token funciona sem um nó mestre. O Emissor 1 está com a permissão para transmitir.
Após transmitir um quadro de dados, ele deve passar o token ao Emissor 2. Se não desejar transmitir, basta passar o quadro adiante.
Agora, �nalizaremos esta aula com uma atividade.
Marque a opção que apresenta a correlação correta:
1. O protocolo de acesso ao meio que divide o canal em compartimentos de tempos que são reservados a cada transmissor.
2. O protocolo de acesso ao meio que divide o canal em subcanais de frequência que são reservados a cada transmissor.
3. O protocolo de acesso múltiplo que funciona através de um nó mestre que coordena a vez de cada transmissor emitir dados.
4. O protocolo de acesso múltiplo que funciona com a ideia de que o único nó livre para emitir em um dado momento é o que detém um pacote de
controle especial que dá permissão a esse transmissor.
1 – TDMA / 2 – Polling / 3 – FDMA / 4 – Token.
1 – Polling / 2 – TDMA / 3 – FDMA / 4 – Token.
1 – Token / 2 – FDMA / 3 – TDMA / 4 – Polling.
1 – TDMA / 2 – FDMA / 3 – Polling / 4 – Token.
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 8/9
Justi�cativa
Glossário
NÚMERO 1 DE UM PROTOCOLO IDEAL
Quando apenas um nó transmite, ele usa toda a capacidade do enlace.
CARACTERÍSTICA 2 DE UM PROTOCOLO IDEAL
Quando vários transmissores emitem dados simultaneamente, cada transmissor deve ter uma fração igualitária da taxa de transmissão.
FDM
Frequency Division Multiplexing (Multiplexação por Divisão de Tempo).
CDMA
Code Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão de Código).
NÚMERO 1
Quando apenas um nó está ativo, este tem uma versão de R bps.
NÚMERO 2
20/09/2022 11:02 Disciplina Portal
https://estudante.estacio.br/disciplinas/estacio_7214524/temas/3/conteudos/1 9/9
Quando M nós estão ativos, então, cada nó ativo tem uma vazão de mais ou menos R/M bps.
NÚMERO 3
Ser descentralizado - não ter um nó mestre.
NÚMERO 4
Ser simples e de implementação barata.