FUNDAMENTOS DE REDES DE COMPUTADORES AULA 2

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Aula 02:Camada Intra - Rede
Análise e Desenvolvimento de Sistemas/ Redes de Computadore
Disciplina: Fundamentos de Redes de Computadores
Professora: Emanoela Lopes
Meios de transmissão
Par Trançado UTP
Acesso Múltiplo
AGENDA
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Um Sistema de Comunicação de Dados prove um meio de transmissão para que os computadores possam realizar o intercâmbio de dados. Para ter eficácia, um sistema depende dos seguintes fatores:
1. Entrega – O sistema deve entregar dados no destino correto.
2. Precisão - O sistema deve entregar dados de forma precisa. Dados que foram alterados durante a transmissão e deixados sem correção são inúteis.
3. Sincronização - O sistema deve entregar dados no momento certo. Este tipo de entrega é denominado transmissão em tempo real.
4. Jitter - Refere-se à variação do tempo de chegada do pacote. É o atraso desigual na entrega de pacotes de áudio ou vídeo.
Sistema de Comunicação de Dados
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Os componentes de um sistema de comunicação de dados, segundo Forouzan(2008), são cinco: 
1. Mensagem: a informação (dados) a ser transmitida. Pode ser constituída de texto, números, figuras, áudio ou vídeo – ou qualquer combinação desses.
2. Transmissor: dispositivo que envia a mensagem de dados. Pode ser um computador, uma estação de trabalho (workstation), um telefone.
3. Receptor: dispositivo que recebe a mensagem. Ex: computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo.
4. Meio: caminho físico por onde viaja uma mensagem originada no transmissor e dirigida ao receptor. Ex: par trançado, cabo coaxial, fibra óptica ou ondas de rádio.
5. Protocolo: conjunto de regras que governa a comunicação de dados.
Componentes da Comunicação de Dados
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De acordo com Tanembaum (1997), existem vários meios físicos que podem ser usados para realizar a transmissão de dados.
Os meios físicos são agrupados em meios guiados, como fios de cobre e fibras ópticas, e em meios não guiados, como as ondas de rádio e os raios laser transmitidos pelo ar.
Meios de Transmissão
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A camada física fornece os requisitos para transportar pelo meio físico de transmissão o quadro da camada de enlace de dados e exige os seguintes elementos:
Meio físico e conectores ligados;
 Representação de bits no meio físico;
Codificação de dados e informações de controle;
 Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede;
Os dois meios físicos mais utilizados em redes de pequeno porte são: Cabo de cobre e Sem fio (wireless). Diferentes meios físicos suportam a transferência de bits em velocidades diferentes. A transferência de dados é discutida em termos de:
A largura de banda é a capacidade de um meio transportar dados. A largura de banda digital mede a quantidade de dados que pode fluir de um lugar para outro durante um determinado tempo. A largura de banda normalmente é medida em quilobits por segundo (kbps) ou megabits por segundo (Mbps).
O throughput é a medida da transferência de bits pelo meio físico durante um determinado período.
Camada Física
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Segundo Torres (2008), “a fibra ótica transmite informações através de sinais luminosos, em vez de sinais elétricos”. A fibra é totalmente imune a ruídos, com isso, a comunicação é mais rápida.
Os cabos são feitos de plástico e fibra de vidro (ao invés de metal), eles são resistentes à corrosão. 
Os cabos suportam velocidades ainda maiores, permitem transmitir a distâncias praticamente ilimitadas, com o uso de repetidores e são usados para criar os backbones que interligam os principais roteadores da internet. 
Fibra Óptica
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Vantagens: Os cabos de fibra óptica são mais seguros em ambientes onde existe perigo de incêndio ou explosões, pois não soltam faíscas. 
Desvantagens: Residem no alto custo dos cabos, tanto quanto o custo das placas de rede. A instalação é mais complicada e exige mais material. 
Existem dois tipos de cabos de fibra óptica: 
cabos monomodo: Transmite apenas um sinal de luz. 
cabos multimodo: Contém vários sinais que se movem dentro do cabo.
Os cabos monomodo transmitem mais rápido, pois a luz viaja em linha reta, o que não acontece nos cabos multimodo, onde o sinal viaja batendo continuamente nas paredes do cabo. 
Fibra Óptica
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Fibra Óptica
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Ao longo dos anos, foram utilizados vários tipos de cabeamento de cobre como coaxial grosso, coaxial fino e par trançado.
Segundo Tanembaum (1997), um cabo coaxial consiste em um fio de cobre esticado na parte central, envolvido por um material isolante. O isolante é protegido por um condutor cilíndrico, geralmente uma malha sólida entrelaçada. O condutor externo é coberto por uma camada plástica protetora.
Era muito utilizado em redes locais (barramento);
 Ainda é utilizado em redes de TV a Cabo;
Cabeamento de Cobre
Cabo coaxial
Conector
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Nos dias atuais, o tipo mais utilizado em redes locais é o UTP (unshielded twisted-pair), em português denominado par trançado não blindado com conectores RJ45 usado para interconectar dispositivos de redes como computadores com dispositivos intermediários como switch ou roteadores.
Cabeamento de Cobre
Cabo UTP e conectores RJ 45
Cabo STP
Assista a: <https://www.youtube.com/watch?v=wmxiV0hQUGE>.
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Para conectar o cabo UTP, devemos seguir os padrões estabelecidos pela norma TIA/EIA 568, que define duas ordens diferentes para os fios:
Cabeamento de Cobre
Padrão T568
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Os principais tipos de cabo obtidos pelo uso de padrões específicos de conexão de fios:
Cabo direto ou straight-through (Ethernet): são usados quando utilizamos o mesmo padrão nas duas pontas (T568A ou T568B).
O cabo direto é o tipo "normal" de cabo, usado para ligar os micros ao switch.
Cabo cruzado ou crossover (Ethernet): são usados quando utilizamos o padrão T568A em uma ponta e o T568B na outra.
Já o cabo cruzado permite ligar diretamente dois micros, sem precisar do hub ou switch. Ele é uma opção mais barata quando você tem apenas dois micros.
Cabeamento de Cobre
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O meio físico sem fio transmite sinais eletromagnéticos nas frequências de rádio que
representam os dígitos binários de comunicação de dados. Como um meio de rede, o sem fio não é restrito aos condutores, como é o meio físico de cobre.
As tecnologias sem fio funcionam bem em ambientes abertos, entretanto em ambientes fechados, tem sua cobertura prejudicada por determinados materiais de construção utilizados em prédios e estruturas sendo, ainda. suscetível à interferência de telefones sem fio, lâmpadas fluorescentes e. fornos micro-ondas entre outros equipamentos.
Além disso, pelo fato da cobertura da comunicação sem fio não exigir acesso físico ao meio, os dispositivos e usuários que não são autorizados a acessar a rede terão acesso à transmissão. Portanto, a segurança de rede é o principal componente da administração de uma rede sem fio.
Wireless: (Sem Fio)
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O IEEE e os padrões da indústria de telecomunicações para a comunicação de dados sem fio abrangem as camadas Física e Enlace de Dados. Os padrões de comunicação de dados comuns que se aplicam ao meio físico sem fio são:
Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é uma tecnologia Wireless LAN (WLAN) que utiliza a contenção ou sistema não-determinístico com o processo de acesso ao meio físico Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA).
 Padrão IEEE 802.15 - padrão Wireless Personal Area Network (WPAN), conhecido como "Bluetooth", utiliza um dispositivo de processo em pares para se comunicar a distâncias entre 1, 10 até 100 metros.
Wireless: (Sem Fio)
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Uma comunicação entre dois dispositivos pode acontecer de três maneiras diferentes:
1) Simplex: A comunicação é unidirecional. Somente um dos dois dispositivos no link é capaz de transmitir; logo o outro só será capaz de receber.
Teclados e monitores são dois bons exemplos de dispositivos simplex.
2)Half-Duplex: Cada estação pode transmitir e receber, mas nunca ao mesmo tempo. Quandoum dos dispositivos está transmitindo o outro está recebendo e vice-versa .
O modo half-duplex funciona como uma via de uma única pista bidirecional. Enquanto os carros trafegam em uma direção, os carros na direção oposta devem esperar pela liberação da via. Os exemplos incluem os walkie-talkies .
3)Full-Duplex: Também chamado de duplex, ambas estações podem transmitir e receber simultaneamente. Exemplo: Telefone.
Tipos de fluxo de Transmissão
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Direção do fluxo de Dados
Simplex
Half-Duplex
Full-Duplex
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Há duas formas possíveis de conexão: ponto a ponto e multiponto.
Ponto a Ponto: caracterizam-se pela presença de somente dois pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace. 
Multiponto: presença de três ou mais dispositivos de comunicação
com possibilidade de utilização do mesmo enlace.
Tipos de Conexão
A maioria das conexões ponto a ponto se utilizam de um cabo para conectar o dois dispositivos, mas existem outras opções como um link de microondas e de satélite. Quando você muda o canal de TV por um controle remoto infravermelho, você está estabelecendo uma conexão ponto a ponto entre o controle remoto e o sistema de controle da TV.
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Refere-se ao modo segundo o qual uma rede é montada fisicamente. A topologia é a representação geométrica do relacionamento entre todos os links e dispositivos conectados uns aos outros. Existem 4 topologias básicas: malha, estrela,barramento e anel.
Características: Utiliza ligação ponto a ponto (estação-concentrador). O nó central, cuja é denominado comutador ( hub ) ou switch. Podem atuar por difusão ( broadcasting ).   O fluxo de comunicação é centralizado.  
Vantagens: Simplificação do processo de gerenciamento dos pedidos de acesso.  A existência de um nó central para o controle facilita a manutenção e a detecção de erros.
Desvantagens: Limita a quantidade de pontos que podem ser conectados, devido até mesmo ao espaço físico disponível para a conexão dos cabos.
Topologia Física
Estrela
Estrela: Diferentemente da topologia em malha, não há comunicação direta de um dispositivo para outro numa topologia em estrela. O concentrador age como um elemento intermediário no processo de comunicação entre dois dispositivos: se um dispositivo quer enviar dados a outro, primeiramente envia os dados para o concentrador que, por sua vez, replica os dados para o dispositivo de destino. Numa topologia em estrela, cada dispositivo necessita somente de um link e uma interface E/S para conectá-lo aos demais da rede. Isto facilita a instalar e a reconfigurar toda a rede. Além do mais, a quantidade de cabos exigidos na montagem da rede em estrela é muito menor, se comparada à topologia em malha. Isto porque cada dispositivo é conectado ao concentrador por um, e apenas um, cabo.. Se um link falha, apenas ele é afetado. Todos os demais permanecem ativos. Este fator também contribui para tornar mais fácil a identificação e o isolamento da falha. 
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Características: Primeiramente, a utilização de links dedicados possibilita o tráfego dos dados apenas na conexão que estiver fechada. Isso elimina os problemas de tráfego decorrentes da necessidade de compartilhar o link entre muitos dispositivos. 
Vantagens: Se um link tornar-se indisponível, não ocorre a incapacitação de comunicação no sistema como um todo. 
Desvantagens: Cabeamento excessivo e à quantidade de interfaces E/S necessárias ao funcionamento da rede.
Topologia Física
Malha
A topologia em malha apresenta muitas vantagens quando comparada às demais. Primeiramente, a utilização de links dedicados possibilita o tráfego dos dados apenas na conexão que estiver fechada. Isso elimina os problemas de tráfego decorrentes da necessidade de compartilhar o link entre muitos dispositivos. Além disso, uma topologia em malha é robusta. Se um link tornar-se indisponível, não ocorre a incapacitação de comunicação no sistema como um todo. As principais desvantagens de uma rede em malha estão relacionadas ao cabeamento excessivo e à quantidade de interfaces E/S necessárias ao funcionamento da rede.
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Características:
Todas as estações se ligam a um mesmo meio de transmissão.
 Usa uma configuração multiponto, cada nó pode ouvir todas as informações transmitidas. 
As interfaces não fazem parte do meio de transmissão, portanto, se falharem, não causam a parada total do sistema. Não há necessidade de roteamento. 
O meio de transmissão é um segmento multiponto, compartilhado pelas diversas estações. 
Vantagens: Facilidade de instalação, simples e barato, minimiza a quantidade de cabo utilizado nas ligações à rede.
Desvantagens: Quanto maior a distância coberta por um sinal ao longo da linha de comunicação, maior será o calor produzido, devido ao fato de a energia ser transformada para aquecer tornando o sinal mais fraco, à medida que ele se desloca.   Uma falha ao longo da linha de comunicação comum afeta todas as transmissões na rede
Topologia Física
Barramento
Barramento: A maior vantagem de uma topologia em barramento é a facilidade de instalação. O cabo backbone pode ficar situado ao longo de um caminho mais eficiente, então conectar os nós através de segmentos de cabo de vários comprimentos possíveis. Desse modo, a topologia em barramento
usa menos cabeamento que as topologias em malha ou em estrela. Além disso, a reflexão dos sinais nos taps degradam a qualidade do sinal no cabo backbone. Esta degradação pode ser controlada limitando o número e espaçando convenientemente os dispositivos a serem conectados num certo comprimento de cabo. Dentre as desvantagens desse tipo de rede estão incluídas a dificuldade de reconexão e o isolamento de uma falha.
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Características: 
Estações conectadas através de um caminho fechado,  série de repetidores ligados por meio físico, mensagens circulam por todo o anel.  
Cada repetidor possui um relé que pode removê-lo mecanicamente da rede, o que faz com que a confiabilidade aumente.
Vantagens: A rede propicia maior distância entre as estações. Performance superior à topologia barramento.
Desvantagens: Como cada ponto é necessário para a transmissão ou retransmissão, se houver um problema num determinado ativo de rede, a transmissão será interrompida. 
Topologia Física
Anel
Anel: Um anel é relativamente fácil de se instalar e reconfigurar. Cada dispositivo é interligado somente com os dois vizinhos imediatos (física ou logicamente). É gerado um alerta se qualquer dos dispositivos não receber um sinal dentro de um período de tempo predeterminado. Entretanto, o tráfego unidirecional pode ser uma enorme desvantagem. Num anel simples, uma quebra (tal como a desconexão de uma estação) pode desabilitar toda a rede. Este inconveniente pode ser resolvido através da adoção de um anel duplo ou de um chaveamento capaz de redirecionar as conexões endereçadas ao ponto de quebra.
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A camada de enlace é responsável pela troca de quadros entre nós sobre o meio de uma rede física. 
Termos específicos da camada de enlace: 
 Quadro: a PDU da camada de enlace.
 Nó: a notação da camada 2 para dispositivos de rede conectados a um meio comum.
A camada de enlace realiza dois serviços básicos: 
Permite às camadas superiores acessarem o meio usando técnicas como enquadramento. 
Controla como o dado é colocado sobre o meio e é recebido do meio usando técnicas como o controle de acesso ao meio e a detecção de erros.
Camada de Enlace
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Forma como os hosts ou nós de redes se comunicam através dos meios. Os dois métodos básicos de controle de acesso ao meio são:
Controlado: cada nó tem um momento apropriado para usar o meio.
Baseados em contenção: os nós competem pelo direito de transmitir utilizando o meio.
No controlado, os dispositivos se revezam no acesso ao meio seguindo uma sequência determinada. É feita a utilização de um símbolo (token em inglês). O símbolo pode ser entendido como um bastão na corrida de revezamento. O nó que detém o símbolo é o únicoque pode realizar a transmissão naquele momento. Se o dispositivo não precisar acessar o meio, o símbolo será passado para o nó seguinte na rede. Quando o dispositivo coloca um quadro no meio, nenhum outro dispositivo pode fazer o mesmo até que transmissão esteja concluída e o quadro tenha sido retirado pelo nó que o colocou. Após a retirada, o nó de origem, tipicamente, libera o símbolo para o próximo nó na rede.
Métodos de Acesso ao Meio
O acesso controlado também é denominado passagem de símbolo , (token passing) e foi utilizado na rede em anel Token Ring da IBM
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Baseados em contenção:
Foi desenvolvido um protocolo denominado carrier sense multiple access - CSMA (acesso múltiplo sensível à portadora), que funciona baseado no seguinte princípio: antes de tentar transmitir, o nó irá “ouvir” o cabo visando detectar se o meio já está transportando algum sinal. Mesmo com o CSMA, é possível que dois dispositivos transmitam dados ao mesmo tempo ocasionando a colisão de dados.
Métodos de Acesso ao Meio
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Os dois métodos geralmente usados baseados em contenção são:
Carrier sense multiple access / colision detection - CSMA/CD (detecção de colisão): utilizado em redes que seguem a arquitetura Ethernet, o dispositivo examina o meio para verificar a presença de sinal de dados. Se estiver livre, transmite-os, entretanto, ao perceber que ocorreu uma colisão, interrompe a transmissão, aguarda um tempo e tenta novamente mais tarde. 
Carrier sense multiple access / collision avoidance - CSMA/CA (prevenção de colisão): o dispositivo examina o meio para verificar a presença de sinal de dados. Se estiver livre, o dispositivo envia uma notificação através do meio com sua intenção de usá-lo. O dispositivo, então, envia os dados. Esse método é usado pelas tecnologias de rede sem fio 802.11.
Métodos de Acesso ao Meio
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Capítulo 2 do livro proprietário.
Capitulo 7, 11 e 12 do Livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores de Behrouz A. Forouzan.
http://wps.aw.com/br_kurose_redes_3/40/10271/2629597.cw/index.html
Leitura do item 1.2.2 Meios Físicos, páginas 14 a 16, do Livro Redes e Computadores e a Internet, de James F. Kurose, 6ª. Edição.
https://www.youtube.com/watch?v=xb0Wt1Oi2_4 (cabo stp, utp)
http://highered.mheducation.com/sites/0072967722/student_view0/animations.html#
https://www.youtube.com/watch?v=wmxiV0hQUGE (cabeamento)
http://portal.furukawa.com.br/arquivos/0/padrao-de-terminacao-dos-patch-cords.pdf (pinagem Furukawa)
http://highered.mheducation.com/sites/0072967722/student_view0/animations.html#
BIBLIOGRAFIA
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