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<p>Profa. Dra. Jacqueline Zonichenn</p><p>UNIDADE III</p><p>Fundamentos de Redes</p><p>de Dados e Comunicação</p><p>5. Camada Física</p><p>5.1. Padrões de Camada Física</p><p>5.2. Sinalização e Codificação</p><p>5.3. Multiplexação e Modulação</p><p>5.4. Interfaces e Conexões</p><p>6. Camada de Enlace</p><p>6.1. Funcionalidades da Camada de Enlace</p><p>6.2. Padrões de Camada de Enlace</p><p>6.3. Ethernet</p><p>Conteúdo da unidade III</p><p> É responsável por definir os meios físicos utilizados nos enlaces para transporte dos bits,</p><p>além de todos os padrões mecânicos e elétricos que o cercam.</p><p> Essa camada recepciona os quadros oriundos da camada de enlace e os transforma em bits.</p><p> Esses bits são codificados e passam por alguns outros processos, até que sejam</p><p>transmitidos no meio físico e cheguem até o receptor em seu destino.</p><p>Camada física</p><p> Existem padrões de camada física para redes WAN e para redes LAN.</p><p> Mencionando redes WAN, definem-se as interfaces de conexão utilizadas nas duas pontas</p><p>(lado do provedor do serviço e lado do cliente).</p><p> Sobre redes LAN, definem-se as conexões locais e padrões de conexão com os meios</p><p>físicos.</p><p> Seja para WAN ou seja para LAN, a definição desses padrões</p><p>é de grande importância, justamente por ser esse,</p><p>praticamente, o primeiro passo na implementação de</p><p>redes de computadores.</p><p>Padrões de camada física</p><p> International Organization for Standardization (ISO)</p><p> Associação de Indústrias de Telecomunicações/Associação de Indústrias Eletrônicas</p><p>(TIA/EIA).</p><p> International Telecommunication Union (ITU).</p><p> Instituto Nacional de Padronização Americano (ANSI).</p><p> Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).</p><p> Autoridades regulatórias nacionais de telecomunicações, incluindo a Comissão Federal</p><p>de Comunicações (FCC) nos EUA e o Instituto Europeu de Padrões de</p><p>Telecomunicações (ETSI).</p><p>Padronizadores da camada física</p><p> A transmissão das informações utilizando sinais elétricos encontrou a melhor solução na</p><p>representação da base binária, ou seja, por meio dos bits.</p><p> O sinal elétrico pode apresentar dois valores de tensão elétrica (popularmente conhecido por</p><p>voltagem) representados pelos dígitos 0 ou 1, sendo assim chamado de sinal elétrico digital.</p><p> Esses sinais digitais possibilitam a utilização de esquemas de codificação de uma maneira</p><p>mais simples que os sinais analógicos.</p><p>Códigos de sinais elétricos digitais</p><p> Sinalização é o método utilizado para representar bits.</p><p> Codificação é a conversão de um conjunto de bits de dados em um código predefinido.</p><p>Sinalização e codificação</p><p> Os códigos representam um grupo de bits usados como um padrão previsível e reconhecível</p><p>por transmissor e receptor.</p><p> Os códigos da camada física fornecem grupos de bits que contém dados e grupos de bits de</p><p>controle.</p><p> A ideia principal que rodeia a codificação é transformar uma mensagem digital em uma nova</p><p>sequência de símbolos para a transmissão.</p><p> Na recepção ocorre um processo de decodificação.</p><p>Códigos e codificação de sinais</p><p> Quando uma aplicação envia seus dados através de um sistema baseado em camadas, cada</p><p>uma dessas “partes” acrescenta informações importantes para a manipulação daquele</p><p>pacote pelo respectivo protocolo da camada.</p><p> Os dados acrescentados por uma camada são importantes somente para ela e não</p><p>influenciam os dados de outras camadas.</p><p> No final, os dados são enviados como uma sequência única de bits pela rede.</p><p>Encapsulamento de dados</p><p> Cada camada introduz um cabeçalho com informações de controle, além dos próprios dados</p><p>para operação. Esse conjunto de dados de controle mais dados do usuário é conhecido</p><p>como PDU - Protocol Data Unit ou Unidade de Dados de Protocolo.</p><p>Encapsulamento de dados</p><p>Nó de Origem</p><p>PDU</p><p>Nó de Destino</p><p>Encapsulamento</p><p>PDU</p><p>Dados</p><p>Segmento</p><p>Pacote</p><p>Quadro</p><p>Bits</p><p>Dados</p><p>Segmento</p><p>Pacote</p><p>Quadro</p><p>Bits</p><p>Aplicação</p><p>Apresentação</p><p>Sessão</p><p>Transporte</p><p>Rede</p><p>Enlace de Dados</p><p>Físico</p><p>Aplicação</p><p>Apresentação</p><p>Sessão</p><p>Transporte</p><p>Rede</p><p>Enlace de Dados</p><p>Físico</p><p>Aplicação Dados</p><p>DadosDadosDados</p><p>Dados</p><p>Dados</p><p>Cabeçalho</p><p>de Rede</p><p>Cabeçalho</p><p>de Rede</p><p>Cabeçalho</p><p>de Quadro</p><p>Trailer</p><p>de Quadro</p><p>Bits</p><p>1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1</p><p>Em diagramas, sinais nos meios físicos são</p><p>ilustrados por este símbolo de linha.</p><p> Camada 7 – Dados</p><p> Camada 6 – Dados</p><p> Camada 5 – Dados</p><p> Camada 4 – Segmento</p><p> Camada 3 – Pacote</p><p> Camada 2 – Quadro</p><p> Camada 1 – Bit</p><p>PDU das camadas do modelo OSI</p><p>Qual é o nome dado à PDU (Unidade de Dados de Protocolo) processada pela camada física?</p><p>a) Dado.</p><p>b) Segmento.</p><p>c) Bit.</p><p>d) Frame.</p><p>e) Pacote.</p><p>Interatividade</p><p>Qual é o nome dado à PDU (Unidade de Dados de Protocolo) processada pela camada física?</p><p>a) Dado.</p><p>b) Segmento.</p><p>c) Bit.</p><p>d) Frame.</p><p>e) Pacote.</p><p>Resposta</p><p> A multiplexação é um processo que ocorre na camada física quando se é necessário</p><p>transmitir por um único sinal portador diversos sinais originados de diferentes fontes de</p><p>informação.</p><p> A operação inversa que ocorre na recepção é chamada de demultiplexação.</p><p> Os equipamentos que executam esse tipo de processo de multiplexação e demultiplexação</p><p>são, respectivamente, chamados de MUX e DEMUX.</p><p>Multiplexação</p><p>Diagrama em blocos em um sistema multiplexado</p><p>Fonte: adaptado de: livro-texto</p><p>Canal 1</p><p>Canal 2</p><p>Canal 4</p><p>Canal 3</p><p>Canal 1</p><p>Canal 2</p><p>Canal 4</p><p>Canal 3</p><p>TX RX</p><p>D</p><p>E</p><p>M</p><p>U</p><p>X</p><p>M</p><p>U</p><p>X</p><p> Na multiplexação por divisão de frequência, utiliza-se uma banda de frequência chamada de</p><p>banda-base dos canais multiplexados. Essa banda é dividida em sub-bandas que são</p><p>chamadas de canais multiplexados, em que cada um transmite e recebe, ao mesmo tempo,</p><p>em uma frequência diferente.</p><p> Na multiplexação por divisão de tempo, o tempo da transmissão é subdividido em pequenos</p><p>espaços de tempo, em que cada um dos canais multiplexados transmite em seu tempo</p><p>específico. Como os espaços de tempo destinados a cada um dos canais são extremamente</p><p>pequenos e a sua ocupação é revezada, tem-se a sensação de que a transmissão e a</p><p>recepção ocorrem ao mesmo tempo.</p><p>Tipos de multiplexação</p><p> A modulação é um processo que consiste na transformação de um sinal portador (onda</p><p>portadora) a partir das informações contidas no sinal de informação que se deseja transmitir</p><p>(sinal modulador ou modulante).</p><p> O resultado desse processo é a criação de um sinal modulado que será injetado no canal de</p><p>comunicação.</p><p>Modulação</p><p> Modulação em banda-base – ocorre uma conversão dos elementos sinalizadores em níveis</p><p>de tensão elétrica ou sinais luminosos. Esse processo é conhecido também como modulação</p><p>digital.</p><p> Modulação em banda larga – utiliza-se a portadora analógica e modifica-se de acordo com</p><p>os bits e as informações que se deseja transmitir.</p><p>Modulação em banda-base e em banda larga</p><p> Modulação analógica – nessa modulação, a portadora, o sinal modulante e o sinal modulado</p><p>são analógicos. Um bom exemplo é o sistema de comunicação de rádio AM e FM.</p><p> Modulação digital – nessa modulação, a portadora e o sinal modulado são analógicos e o</p><p>sinal modulante é digital (binário). Bons exemplos são encontrados na telefonia celular digital</p><p>e nas transmissões em banda larga.</p><p> Modulação por pulsos – nessa modulação, a portadora e o</p><p>sinal modulado são digitais e o sinal modulante é analógico.</p><p>Bons exemplos são encontrados na telefonia digital</p><p>convencional.</p><p>Tipos de modulação</p><p> Elas funcionam como um transceptor que transmite sinais codificados nas redes LAN.</p><p> Por meio de sua interface, os hosts conseguem acessar os meios das redes que adotam o</p><p>padrão ethernet, por exemplo.</p><p>As principais interfaces encontradas nas placas de rede são:</p><p> BNC – utilizado para cabos coaxiais finos;</p><p> AUI – utilizado por transceptores externos às placas de rede que utilizam cabos</p><p>coaxiais grossos;</p><p> Conector óptico – utilizado quando o meio físico é a fibra óptica;</p><p> 8P8C (RJ-45) – utilizado por cabos de pares trançados.</p><p>Placas de rede</p><p> É um dos principais dispositivos de camada física para atender padrões de conexões de</p><p>redes</p><p>WAN.</p><p> Os modens são conectados a computadores ou roteadores para que tenham acesso a</p><p>uma WAN.</p><p> O nome modem significa MOdulador e DEModulador, ou seja,</p><p>na transmissão, o modem opera como um modulador, em que</p><p>o sinal digital binário é modulado em uma portadora analógica.</p><p>De forma inversa, na recepção, o modem se comporta como</p><p>um demodulador, retirando sinais digitais de sinal analógico.</p><p>Modens</p><p>Os modens externos são interligados por interfaces seriais, dentre elas:</p><p> Interfaces RS-232 de 25 e 9 pinos – conexão entre modens e computadores diretamente;</p><p> Interfaces RS-232 (DB-25) – conexão entre modens e roteadores e outros tipos de</p><p>dispositivos de WAN;</p><p> Interface V.35 – conexão de 34 pinos entre modens e roteadores e outros tipos de</p><p>dispositivos de WAN;</p><p>Modens externos</p><p> TXD – Led identificado com o número 103 que indica a presença de bits de dados para</p><p>transmissão;</p><p> RXD – Led identificado com o número 104 que indica a presença de bits de dados para a</p><p>recepção;</p><p> CD – Led identificado com o número 109 que indica a presença de portadora na linha de</p><p>transmissão;</p><p> MR – indica que o modem está pronto para operação;</p><p> RTS – indica a requisição de envio;</p><p> TST – indica que o modem está em teste.</p><p>Sinalizações do modem</p><p>Qual é o processo que ocorre na camada física quando se é necessário transmitir por um único</p><p>sinal portador diversos sinais originados de diferentes fontes de informação?</p><p>a) Modulação.</p><p>b) Codificação.</p><p>c) Sinalização.</p><p>d) Multiplexação.</p><p>e) Transmissão.</p><p>Interatividade</p><p>Qual é o processo que ocorre na camada física quando se é necessário transmitir por um único</p><p>sinal portador diversos sinais originados de diferentes fontes de informação?</p><p>a) Modulação.</p><p>b) Codificação.</p><p>c) Sinalização.</p><p>d) Multiplexação.</p><p>e) Transmissão.</p><p>Resposta</p><p> A camada de enlace assegura que os dados sejam transmitidos ao equipamento apropriado</p><p>e faz a “ponte” entre a camada superior (Rede) e a camada inferior (Física), tornando</p><p>possível a transmissão através de meios físicos diversos.</p><p> A camada de enlace formata a mensagem em frames e adiciona um cabeçalho próprio</p><p>contendo, entre outras informações, o endereço de hardware (MAC address) da máquina</p><p>transmissora e da destinatária.</p><p>Camada de enlace</p><p> Erros são causados por atenuação do sinal e por ruído.</p><p> O receptor é capaz de detectar a presença de erros.</p><p> Após essa detecção, o receptor sinaliza ao remetente para retransmissão ou simplesmente</p><p>descarta o quadro em erro.</p><p> Correção de erros é o mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o erro sem</p><p>precisar da retransmissão.</p><p>Tratamento de erros na camada de enlace</p><p> Verificações de paridade.</p><p> Métodos de soma e verificação.</p><p> Verificações de redundância cíclica (CRC).</p><p>Técnicas de detecção de erros</p><p> A PDU da camada de enlace é o quadro ou frame.</p><p> Os pacotes da camada de rede são encapsulados em quadros.</p><p>Enquadramento na camada de enlace</p><p> Tanto a camada de enlace, quanto a camada física são controladas por protocolos de baixo</p><p>nível, ou seja, com grande influência do hardware de redes, diferente das camadas de 3 a 7</p><p>que são praticamente controladas por software.</p><p> Dentre os principais padrões e protocolos de baixo nível é possível citar para redes LAN:</p><p>ethernet; wifi (802.11); token ring; FDDI. Para redes WAN é possível citar: LAP-B; Frame</p><p>Relay; ATM; PPP; HDLC.</p><p>Padrões e protocolos de baixo nível</p><p> Ethernet – padrão adotado na maior parte das redes locais do mundo, além de ser também</p><p>utilizado em redes metropolitanas, conhecidas como redes Metro Ethernet. Funciona como</p><p>um método de acesso ao meio por contenção que permite que hosts compartilhem o meio</p><p>físico, além de definir especificações para as camadas física e de enlace.</p><p> Wifi (IEEE 802.11) – mais popular padrão para redes sem fio, operando na camada de</p><p>enlace e física do modelo OSI. Esse padrão determina como se recebem os pacotes dos</p><p>protocolos de alto nível e se encapsula em quadros para serem transmitidos via ondas</p><p>eletromagnéticas.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para LAN</p><p> Token Ring – criado pela IBM para fazer frente ao crescimento do padrão ethernet. Embora</p><p>algumas organizações ainda possuam arquiteturas de redes montadas em token ring, esse</p><p>padrão é praticamente obsoleto e caiu em desuso, com exceção de redes de computadores</p><p>de grande porte conhecidos como mainframes.</p><p> FDDI (Fiber Data Distributed Interface) – foi um dos primeiros em redes LAN baseado no uso</p><p>das fibras ópticas, também operando nas camadas de enlace e física do modelo OSI.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para LAN</p><p>X.25</p><p> Criado na década de 1970, quando linhas de transmissão digitais tinham um uso escasso.</p><p> Permite o desenvolvimento de software e hardware para ligação de um computador a</p><p>qualquer rede pública do mundo, utilizando comutação de pacotes.</p><p> O LAP-B (Link Access Protocol, Balanced) é o padrão de camada de enlace utilizado pelas</p><p>redes que operam com o protocolo X.25.</p><p> O X25 possui como características sistêmicas: conectividade; velocidade do serviço; custo;</p><p>flexibilidade; confiabilidade; segurança.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN</p><p>ATM</p><p> Conjunto de tecnologias que operam nas camadas mais baixas do modelo OSI.</p><p> Trabalha com arquitetura não confiável e com um processo de comutação por células.</p><p> Tem protocolos próprios para o nível de enlace. São eles: AAL1 (ATM Adaption Layer 1);</p><p>AAL2; AAL3/4; AAL5.</p><p> Interliga redes locais, metropolitanas e de longa distância para dados, voz, áudio e vídeo.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN</p><p>Frame relay</p><p> Rede de transporte implantada como infraestrutura em operadoras de serviço.</p><p> Rede frame relay é vista como enlaces representados por circuitos virtuais (normalmente</p><p>permanentes ou PVC – Permanent Virtual Circuit).</p><p> É sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2</p><p>pontos distintos.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN</p><p>HDLC (Hight-Level Data Link Control)</p><p> É um protocolo comum da camada de enlace de dados do modelo OSI, com orientação</p><p>bit a bit.</p><p> Ele especifica um método de encapsulamento de dados de ligações seriais síncronas.</p><p> É um protocolo ponto a ponto utilizado em linhas privadas e não possui qualquer método</p><p>de autenticação.</p><p> É proprietário.</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN</p><p>PPP (Protocolo Ponto a Ponto)</p><p> Foi desenvolvido e padronizado pela RFC 1548 (1993) com o objetivo de transportar todo o</p><p>tráfego entre dois dispositivos de rede por meio de uma conexão física serial única e</p><p>full-duplex.</p><p> O encapsulamento do PPP provê multiplexação de diferentes protocolos da camada de rede</p><p>simultaneamente por meio do mesmo link.</p><p> O protocolo PPP se divide em dois outros protocolos: Link Control Protocol (LCP) e Network</p><p>Control Protocol (NCP).</p><p>Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN</p><p>Qual foi a tecnologia criada pela IBM para camada de enlace em uma LAN utilizando</p><p>mainframes?</p><p>a) FDDI.</p><p>b) Ethernet.</p><p>c) Token ring.</p><p>d) Frame relay.</p><p>e) X.25.</p><p>Interatividade</p><p>Qual foi a tecnologia criada pela IBM para camada de enlace em uma LAN utilizando</p><p>mainframes?</p><p>a) FDDI.</p><p>b) Ethernet.</p><p>c) Token ring.</p><p>d) Frame relay.</p><p>e) X.25.</p><p>Resposta</p><p> É o padrão adotado na maior parte das redes locais do mundo, além de ser também utilizado</p><p>em redes metropolitanas, conhecidas como redes Metro Ethernet.</p><p> Funciona como um método de acesso ao meio por contenção que permite que hosts</p><p>compartilhem o meio físico, além de definir especificações para as camadas física e de</p><p>enlace.</p><p> Surgiu na década de 1970, criado por estudantes da</p><p>Universidade do Hawaii que propunham interligar os</p><p>computadores espalhados pelas ilhas em um computador</p><p>central na ilha de Honolulu.</p><p>Ethernet</p><p> Em 1985, a IEEE desenvolveu o padrão 802, mas, para assegurar os padrões da ISO/OSI,</p><p>alterou o projeto original ethernet para 802.3.</p><p>Padrão ethernet 802.3</p><p> Controle lógico do enlace (LLC) – constitui a interface entre o método de acesso ao meio e</p><p>os protocolos da camada de rede, ou seja, cuida de todas as tratativas com os protocolos de</p><p>alto nível.</p><p> Controle de acesso ao meio (MAC) – é responsável pela conexão com o meio físico e o</p><p>endereço físico, também conhecido como endereço MAC. Também é responsável pela</p><p>montagem do quadro.</p><p>Subcamadas da camada de enlace no padrão ethernet</p><p> É o método de acesso da ethernet. Significa acesso múltiplo por portadora com</p><p>detecção de colisão.</p><p> Permite o compartilhamento do meio físico, evitando que dois dispositivos transmitam</p><p>simultaneamente provocando uma colisão.</p><p> Foi a solução encontrada para se evitar o problema das colisões.</p><p>CSMA/CD</p><p> Escuta o meio físico, isto é, verifica se o meio físico está ocupado.</p><p> Transmite o sinal pelo meio físico, caso não esteja ocupado. Se o meio físico estiver</p><p>ocupado, o host aguarda a sua desocupação.</p><p> Após a utilização, o host desocupa o meio físico.</p><p> Caso haja alguma colisão, os hosts envolvidos “forçam” a percepção da colisão por parte de</p><p>todos os dispositivos.</p><p> Os hosts aguardam um período de tempo pseudoaleatório antes de voltar a transmitir. Esse</p><p>é o tempo de backoff.</p><p> Se houver 15 tentativas que resultem em colisão, o host abandona a transição.</p><p>Funcionamento do padrão ethernet</p><p> O endereçamento de ethernet pode ser expresso por 48 dígitos binários ou 12 dígitos</p><p>hexadecimais (4 bits formam um dígito hexadecimal). Assim, divididos em duas porções</p><p>iguais, em que a primeira porção (contendo 6 dígitos hexadecimais ou 24 bits) é conhecida</p><p>por Identificador Organizacional Único (OUI) e a segunda porção é a designada pelo</p><p>fabricante.</p><p> O endereço está gravado na memória ROM da placa de rede do computador ou nas</p><p>memórias dos roteadores e switches que possuem porta ethernet.</p><p> É comum chamar o endereço ethernet de endereço MAC,</p><p>endereço de hardware ou endereço de placa de rede.</p><p>Endereçamento ethernet</p><p>Comando IPCONFIG/ALL</p><p>Fonte: livro-texto.</p><p>Exemplos de códigos de fornecedores</p><p>Fonte: livro-texto.</p><p>Código do fornecedor Número de série</p><p>24 bits 24 bits</p><p>00AA00.2CFACA</p><p>Exemplos de códigos de fornecedores:</p><p>00-00-0C Cisco</p><p>00-00-1B Novell</p><p>00-00-1D Cabletron</p><p>00-AA-00 Intel</p><p>00-80-48 Compex</p><p>Conversão Decimal x Binário x Hexadecimal</p><p>Fonte: livro-texto.</p><p> Para o padrão ethernet, a subcamada de controle de acesso ao meio encapsula o pacote</p><p>oriundo da camada de rede em um quadro, chamado de quadro ethernet.</p><p>Quadro ethernet</p><p>Fonte: adaptado de: livro-texto.</p><p>Start of</p><p>frame delimiter</p><p>Length of</p><p>data field</p><p>Preamble Destination</p><p>address</p><p>Source</p><p>address</p><p>Data Pad Checksum</p><p>Bytes 7 1 2 or 6 2 or 6 2 0-1500 0-46 4</p><p>Qual é o nome da subcamada de camada de enlace que constitui a interface entre o método de</p><p>acesso ao meio e os protocolos da camada de rede?</p><p>a) Transporte.</p><p>b) Controle lógico do enlace.</p><p>c) Controle de acesso ao meio.</p><p>d) Aplicação.</p><p>e) Apresentação.</p><p>Interatividade</p><p>Qual é o nome da subcamada de camada de enlace que constitui a interface entre o método de</p><p>acesso ao meio e os protocolos da camada de rede?</p><p>a) Transporte.</p><p>b) Controle lógico do enlace.</p><p>c) Controle de acesso ao meio.</p><p>d) Aplicação.</p><p>e) Apresentação.</p><p>Resposta</p><p>ATÉ A PRÓXIMA!</p>